Nauka To Lubię

Oficjalna strona Tomasza Rożka

Miesiąc: Lipiec 2015

Czujnik w nas

W Szwajcarii stworzono czujnik, który wszczepiony pod skórę jest w stanie kontrolować kilka parametrów życiowych równocześnie. Kilka lat temu pisałem o takich czujnikach jak o dalekiej przyszłości.

W Szwajcarii stworzono czujnik, który wszczepiony pod skórę jest w stanie kontrolować kilka parametrów życiowych równocześnie. Kilka lat temu pisałem o takich czujnikach jak o dalekiej przyszłości.

Czujnik, a właściwie elektroniczny chip, powstał w laboratoriach politechniki w Lozannie EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne). Ma wielkość paznokcia w małym palcu i nie trzeba wymieniać mu baterii. Ładuje się go przez indukcję, przez skórę. Wszystko, co zbada i zmierzy, przesyła bezprzewodowo do smartfona. Jest to bodaj pierwsze urządzenie tego typu, które może być wykorzystywane komercyjnie u pacjentów. Poprzednie konstrukcje nie były co prawda większe, ale miały ogromną wadę – badały tylko jeden parametr, tylko jedną zmienną. Ten równocześnie rejestruje ich kilka.

Od czego się zaczęło?

Czujnik, o którym mowa, wpisuje się w rozwój dziedziny zwanej nanotechnologią. Co prawda urządzenia nano są znacznie, znacznie mniejsze, ale bardzo szybki wyścig do miniaturyzacji zawdzięczamy właśnie nanotechnologii. Za ojca tej dziedziny uważany jest genialny fizyk Richard Feynman. Uczestniczył w pracach nad budową pierwszej bomby atomowej (projekt Manhattan), a po wojnie pracował na najlepszych uniwersytetach amerykańskich. Zajmował się kwantową teorią pola i grawitacji, fizyką cząstek i nadprzewodnictwem. To on jako pierwszy podał koncepcję komputera kwantowego i – w 1960 roku – zapowiedział powstanie nowej dziedziny nauki – nanotechnologii. W 1965 r. otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki. Feynman wielokrotnie zwracał uwagę na to, że przyszłość będzie nano, że zrozumienie tego, co dzieje się w nanoświecie, świecie na poziomie pojedynczych cząstek i atomów, będzie kluczowe dla naszego przyszłego rozwoju.

Trudno oczywiście dokładnie określić, kiedy nanotechnologia rzeczywiście powstała, ale nie ma wątpliwości, że wiele dziedzin przemysłu coraz chętniej zwraca głowę w kierunku ekstremalnej miniaturyzacji. Jedną z dziedzin, które robią to szczególnie często, jest medycyna. Nanomedycyna dzisiaj rozwija się w dwóch kierunkach. Jeden to próby (coraz częściej udane) stworzenia nanocząsteczek, które będą nośnikami leków, a nawet genów. Wnikając do organizmu, będą uwalniać przenoszony czynnik dokładnie w tym miejscu i dokładnie o tym czasie, jaki jest optymalny. Drugi kierunek to nanosensory. Te mogą być wykorzystywane nie tylko w medycynie, ale także na przykład w ochronie środowiska. Dobrym przykładem jest nanosensor służący do analizy krwi. Z zewnątrz wygląda jak siateczka z ogromną ilością otworów. W rzeczywistości to mikroskopijne kanaliki krzemowe, w których znajdują się przeciwciała wyłapujące komórki nowotworowe. Analiza przeciwciał pozwala stwierdzić, czy w krwi znajdują się komórki rakowe, a jeżeli tak, to ile i jakie. Taka informacja nie może być pozyskana w trakcie standardowej analizy, bo komórek nowotworowych w krwi jest bardzo mało. Co ciekawe, testowana metoda jest dużo tańsza niż dzisiaj stosowane, a do analizy wystarczy jedna, dosłownie, kropla krwi.

Myszy już mają

Nanomedycyna jednoznacznie kojarzy się jednak z budową nanorobotów, które wpuszczone do ludzkiego krwiobiegu będą nie tylko monitorowały funkcje życiowe, ale także reagowały na stany kryzysowe organizmu. Te skojarzenia – przynajmniej na razie – są całkowicie chybione. Co nie znaczy oczywiście, że prace nad miniaturyzacją robotów nie są prowadzone. Już dzisiaj tworzone są roboty, których rozmiary umożliwiają użycie ich w rzeczywistych warunkach szpitalnych. Na przykład kapsułka monitorująca wnętrze układu trawiennego skonstruowana przez japońską firmę Denso Research jest wielkości standardowej tabletki. Jest wyposażona we własne zasilanie i kamerę CCD wysokiej rozdzielczości oraz urządzenie do przesyłania informacji drogą radiową do urządzenia bazowego. Po połknięciu „kapsułka endoskopowa” przekazuje wysokiej jakości obraz w czasie rzeczywistym. Nie ma własnego napędu, porusza się pod wpływem… siły grawitacji i perystaltyki jelit. Ale na rynku są już urządzenia niewiele większe, które mogą poruszać się samodzielnie, choć na razie jeszcze nie w układzie krwionośnym. Kilka lat temu na jednej z konferencji nanotechnologicznych pokazano nanosilnik, który jest mniejszy od główki od szpilki. Jego koła napędowe były 100 razy cieńsze niż kartka papieru, a ich średnica mniejsza niż średnica ludzkiego włosa. Silnik obracał się z częstotliwością jednego obrotu na sekundę i teoretycznie mógłby być elementem systemu napędowego jakiegoś małego urządzenia pływającego. Zanim te powstaną, miną jeszcze lata. Wcześniej do medycyny wejdą inteligentne czujniki, które być może będą wszczepiane pod skórę na dłuższy czas osobom o podwyższonym ryzyku zdrowotnym. Takim czujnikiem jest wspomniany sensor stworzony w Lozannie. Ma wielkość poniżej centymetra i w czasie rzeczywistym monitoruje obecność oraz stężenie kilku molekuł. Może badać odczyn (pH), temperaturę, ale przede wszystkim cholesterol, glukozę, poziom tlenu oraz stężenie przynajmniej kilku leków. To ostatnie będzie szczególnie ważne dla osób, które z powodu swojej choroby muszą regularnie zażywać jakieś medykamenty. Ich przedawkowanie jest wtedy bardzo łatwe. Pełna kontrola nad poziomem substancji czynnej we krwi jest bardzo istotna. Sensor został przetestowany na myszach, a testy kliniczne na ludziach rozpoczną się za kilka lat.

Brak komentarzy do Czujnik w nas

Pluton jak Biedronka

Wczorajszy przelot sondy New Horizons w pobliżu Plutona natchnął mnie do pewnych przemyśleń. Po co badać coś tak odległego jak Pluton? Po co badać delfiny, motyle czy orangutany? Po co zajmować się gwiazdami, płytami tektonicznymi i DNA?

Wczorajszy przelot w pobliżu Plutona i związanych z nim sporo pytań natchnął mnie do pewnych przemyśleń. Niemal za każdym razem, gdy w nauce dochodzi do jakiegoś odkrycia, do wysłania sondy, do zbudowania nowego rodzaju mikroskopu czy znalezienia nowej cząstki elementarnej, pada pytanie, po co to wszystko? Po co wydawać miliony dolarów by dowiedzieć się co słychać np. na globie, który oddalony jest od nas o miliardy kilometrów. Dajmy na to na takim Plutonie. Wczoraj udało się sfotografować jego powierzchnię z odległości nieco ponad 12 tysięcy kilometrów. To 30 razy mniej niż odległość pomiędzy Ziemią i naszym Księżycem. Sonda która tego dokonała to New Horizons. Leciała w kierunku Plutona prawie 10 lat przebywając w tym czasie 5 miliardów kilometrów. No i po co to wszystko? Po co lecieć tak daleko, po co wydawać niemałe przecież pieniądze, po co zaangażowanie ogromnej grupy ludzi przez długi okres czasu?

Zacznijmy od pieniędzy. Całkowity koszt misji New Horizons, wszystkich urządzeń sondy, jej wystrzelenia, ale także analizy danych a nawet obsługi medialnej wydarzenia to około 700 milionów dolarów, czyli nieco ponad 2 miliardy i 600 milionów złotych. To dziesięć razy mniej (!!!) niż wynosi roczny przychód supermarketów Biedronka w Polsce. To mniej niż budowa 20 kilometrowego odcinka autostrady A1. W końcu to mniej niż zakup i 13 letnia obsługa 4 samolotów F16, które służą w polskiej armii (w sumie kupiliśmy ich 48). Tyle jeżeli chodzi o koszty. Tak, te są duże… dla przeciętnego obywatela. Niewielu byłoby stać na wybudowanie i wysłanie w kosmos sondy New Horizons (choć np. Jan Kulczyk, najbogatszy Polak, mógłby takich sond wysłać 7), ale w skali państwa, dla budżetu państwa rozwój nauki to grosze. Grosze zainwestowane najlepiej jak można sobie wyobrazić. Grosze, które w przyszłości przyniosą miliony poprzez rozwój technologii a w dalszej perspektywie rozwój przemysłu. Każda ekspansja to wyzwanie i konieczność znajdowania rozwiązań na problemy z których nie zdawaliśmy sobie sprawy. Przecież loty w kosmos mają bezpośrednie przełożenie na komunikację, elektronikę i materiałoznawstwo. Rozwój technik obrazowania (nieważne czy w astronomii czy w biologii) od razu jest wykorzystywany w medycynie. Nasze miasta byłyby skażonymi pustyniami gdyby nie powstawały zaawansowane technologicznie silniki i komputery, które tymi silnikami sterują.

A wracając do Plutona, delfinów, motyli i orangutanów. Po co je badać? Bo one są częścią nas, a my częścią świata którego różnorodność – przynajmniej mnie – powala na kolana. Wszystkie lekkie atomy, które nas budują powstały w czasie Wielkiego Wybuchu. Wszystkie ciężkie w czasie wybuchu gwiazdy. Warto rozwijać zarówno kosmologię, astrofizykę jak i fizykę cząstek. Nasze DNA to uniwersalny język całej przyrody, a gatunki (zarówno zwierzęce jak i roślinne), które zamieszkują Ziemię (a pewnie także inne globy) powstawały jedne z drugich. To dlatego nie można zaniedbywać biologii (w tym egzobiologii) i medycyny. Oddychamy powietrzem w którego skład wchodzą różne gazy. To dlatego warto rozwijać chemię i interesować się tym jak zmieniały się atmosfery na innych planetach. Ta wiedza może być bezcenna gdy zacznie zmieniać się nasza atmosfera. Bo to że wszystko jest wokoło nas zmienne – to oczywiste. Kontynenty są w ruchu (nie tylko zresztą na Ziemi) i dzięki temu mogło powstać życie. Ale to nie powstałoby, gdyby Ziemia nie miała swojego pola magnetycznego. A tego by nie było gdyby jądro planety nie było gorące i półpłynne. Ale nawet gdyby było, Ziemia byłaby martwa, gdyby nie było Księżyca, który stabilizuje ruch Niebieskiej Planety wokół Słońca. A Księżyc powstał w kosmicznej katastrofie w której w Ziemię uderzyła planetoida wielkości Marsa. Geologia, geografia, fizyka, astronomia, biofizyka i biochemia… Mam dalej wymieniać? Czy jest sens wymieniać? Czy jest sens pytać, po co badamy coś tak odległego jak Pluton? Po co badamy delfiny, motyle czy orangutany, a nawet biedronki (chodzi o owada, nie o sieć sklepów)? Moim zdaniem szkoda na to czasu. Lepiej go wykorzystać na zaspokajanie swojej ciekawości. Bo to ciekawość idzie przed odkryciami. Tak było zawsze i tak będzie zawsze.

3 komentarze do Pluton jak Biedronka

Type on the field below and hit Enter/Return to search