Chemia między nami

Kilka ostatnich dni w świecie nauki stało pod znakiem wieści napływających z Anaheim w Kalifornii, gdzie na 241. (!) dorocznym zjeździe Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego (American Chemical Society - ACS) spotkały się tysiące najlepszych chemików na świecie (ze 163 tys. członków ACS jest największym towarzystwem naukowym świata).

Ci, którzy spodziewali się równie spektakularnych doniesień jak ubiegłoroczne - jak choćby to o kopaniu kartofli prądem w celu zwiększania wydajności - nie zawiedli się. Ten rok był równie ciekawy. Oto kilka przykładów.

Bakterie, które służą jako mobilne fabryki zdolne zarówno do produkcji środków zwalczających choroby, jak i do dostarczania ich we właściwe miejsce ludzkiego ciała - takie wizje dotyczące przyszłości medycyny przedstawił w Kalifornii prof. William E. Bentley z uniwersytetu stanu Maryland w College Park.

Dziś dzięki zdobyczom inżynierii genetycznej potrafimy wykorzystać bakterie do produkcji np. antybiotyków czy insuliny. Zespół Bentleya chce pójść o krok dalej. - Wyposażymy bakterie w biochemiczny adres, pod który po wstrzyknięciu bądź połknięciu udadzą się z dostawą niezbędnego leku. Nazwaliśmy je bakteryjnymi sterowcami, bo napakowane lekiem bakterie przypominają swoim cygarowatym kształtem legendarne powietrzne statki z początków XX wieku - mówi naukowiec.

Jego zespół stworzył już pierwszy prototyp sterowca - zmodyfikowaną bakterię z gatunku E. coli. - Na jej powierzchni znajduje się specjalna ''cząsteczka celująca'', która zawiera instrukcję dla bakterii (w przypadku tego eksperymentu adresatem były komórki jelita cienkiego). W samym mikrobie znajduje się zestaw genów - nanofabryka, której zadaniem jest produkcja odpowiedniego leku, np. zwalczającego infekcje czy wymierzonego w komórki nowotworowe - wyjaśniali w Anaheim specjaliści z College Park.

W trakcie eksperymentu okazało się również, że prototyp bakteryjnego sterowca jest w stanie oddziaływać na inne, sąsiadujące z nią bakterie, np. skłaniać je do produkcji określonych białek.

Na zdjęciu: Komputerowa wizja poruszających się (także wokół własnej osi) bakterii E. coli. To właśnie ten gatunek posłużył do stworzenia prototypu bakteryjnego sterowca, który nie tylko sam wytworzy potrzebny lek, ale też dostarczy go we właściwe miejsce naszego organizmu

Plotka głosi, że to od królowej Marii, zwanej Krwawą Marią (Bloody Mary), która w XVI wieku wysłała w Anglii na stosy setki protestantów, wzięła się nazwa jednego z najsłynniejszych drinków w historii (zaczął być serwowany w paryskich knajpkach w latach 30. XX wieku). Podczas zjazdu ACS Neil da Costa z firmy International Flavors & Fragrances przedstawił dokładny opis reakcji chemicznych zachodzących podczas tworzenia Krwawej Mary. Co więcej, udzielił kilku praktycznych porad, jak sprawić, by drink ten wyszedł jak najlepszy. - To bardzo skomplikowana mieszanka, dająca prawie pełną gamę smaków - słodkiego, słonego, kwaśnego czy umami - tłumaczył w Anaheim da Costa.

Oryginalna receptura zaleca, by do zrobienia Krwawej Mary użyć (oprócz wódki oczywiście) soku pomidorowego, sosów worcestershire i tabasco, świeżej cytryny lub soku z limonki, chrzanu, pieprzu i soli selerowej.

Zdaniem da Costy przy przyrządzaniu i piciu drinka należy pamiętać o kilku podstawowych zasadach:

- Pij zaraz po zrobieniu - z chemicznego punktu widzenia Krwawa Mary to dość niestabilna mieszanka, która szybko się rozpada i traci swoje najlepsze cechy.

- Serwuj na kostkach z lodu - lód spowalnia zachodzące w drinku reakcje, np. przekształcanie kwasów zawartych w soku pomidorowym, a tym samym pozwala dłużej zachować pełny smak napoju.

- Nie oszczędzaj na soku pomidorowym - to on stanowi przeważającą część drinka i decyduje o aromacie - warto więc użyć jak najlepszego.

- Nie przesadzaj za to z jakością wódki - Krwawa Mary ma gamę tak intensywnych smaków i zapachów, że prawie całkowicie maskują one smak wódki - nie trzeba więc używać tej z najwyższej półki.

Zhong Lin Wang z Instytutu Technologii stanu Georgia w USA przedstawił wyniki sześcioletniego projektu, którego owocem jest pierwszy mogący wejść do masowej produkcji generator w skali nano (przedrostek nano oznacza 10 do potęgi minus 9 - jedną miliardową, np. nanometr to jedna miliardowa metra) wykorzystujący ruchy ludzkiego ciała. - To milowy krok w rozwoju podręcznej elektroniki codziennego użytku, która już nie będzie zasilana z baterii - przekonywał uczony.

Zaprezentowane przez niego urządzenie gromadzi energię, która powstaje podczas ściskania go pomiędzy kciukiem i palcem wskazującym. Ilość wytworzonego w ten sposób prądu wystarczyła do zasilania niewielkiego ekranu ciekłokrystalicznego lub diody LED.

- To dopiero początek - zapowiada Wang. Jego zdaniem w przyszłości podobne nanogeneratory będzie można montować w podeszwach butów (napędzać je będzie nacisk stopy podczas chodzenia czy biegu) czy nawet w ludzkim ciele. Naukowiec uważa np., że realne jest zasilanie wszczepianych do organizmu chorych na cukrzycę pomp insulinowych dzięki energii bijącego serca czy przepływającej krwi.

Tajemnica urządzenia stworzonego przez zespół Wanga tkwi w tworzących go włóknach tlenku cynku mających właściwości piezoelektryczne, czyli zdolnych produkować ładunki elektryczne pod wpływem odkształcania (a te mogą być skutkiem właśnie ruchu ciała). Średnica tych włókien jest tak mała, że do jednego ludzkiego włosa można by zapakować ich 500. Wang znalazł sposób, by gromadzić energię produkowaną przez nanowłókna ułożone na giętkim polimerowym czipie wielkości jednej czwartej znaczka pocztowego. Pięć takich generatorów jest w stanie wyprodukować tyle energii, ile dwie 1,5-woltowe baterie AA.

- Gdy dołożymy jeszcze włókien tlenku cynku i połączymy ze sobą kolejne nanogeneratory, otrzymamy prąd, który zapewni nam swobodną pracę urządzeń elektronicznych takich jak iPod czy telefon komórkowy - obiecuje Wang.

Może nie dosłownie chodzi tu o rzucanie butelkami atramentu w członków Al-Kaidy, ale wynalazek Allena Apbletta z uniwersytetu stanowego Oklahomy na pewno pomoże odpowiednim służbom wykrywać i neutralizować ładunki wybuchowe podkładane przez terrorystów. Takie bowiem właściwości ma pewna odmiana atramentu w spreju opracowana przez Apbletta.

Głównym elementem atramentu są nanocząsteczki molibdenu (tak małe, że w ludzkim włosie zmieściłoby się ich 50 tys.). Dzięki nim atrament w obecności środków wybuchowych zmienia kolor z ciemnoniebieskiego na jasnożółty (lub w ogóle traci kolor).

Nowa technologia pozwala wykryć np. TATP - trójtlenek triacetonu - używany przez terrorystów do produkcji bomb. Obecne metody wykrywania tej substancji najczęściej zawodzą. Atrament opracowany przez badaczy z Oklahomy w ciągu 30 sekund wykrywa minimalne opary TATP - powstałe np. po rozpyleniu w dużym pokoju zaledwie kilku kropel. - Ta metoda może w przyszłości bardzo pomóc choćby ochronie lotnisk, policji czy strażakom - uważa Apblett.

Na zdjęciu: molibden

Substancje termoplastyczne (termoplastyczność to cecha tworzywa polegająca na tym, że może wielokrotnie stawać się plastyczne podczas ogrzewania i twardnieć podczas ochładzania) są dziś wykorzystywane wszędzie ? choćby do wyrobu butelek na napoje. Problem w tym, że do produkcji termoplastików wykorzystuje się głównie ropę naftową i gaz ziemny, a jak wiadomo, kurczące się zasoby tych surowców to bolączka współczesnego świata. Nic więc dziwnego, że naukowcy intensywnie szukają alternatywnych źródeł, z których można by tu skorzystać.

Jedno z takich źródeł przedstawił w Anaheim Yiqi Yang z uniwersytetu Nebraski. Jego zespół opracował metodę wytwarzania termoplastików z... kurzego pierza.

Pierzo-g-poly-plastik - bo tak fachowo brzmi nazwa emulsji otrzymanej przez naukowców z Nebraski - ma wszelkie właściwości niezbędne do przemysłowego wykorzystania - zachwalają jego twórcy. A biorąc pod uwagę, że tylko w USA każdego roku po przerobionych na udka, skrzydełka i piersi brojlerach zostaje ponad 1,5 mld kilogramów pierza, surowca do produkcji długo nie zabraknie.