Современные изобретения в медицине. Научное открытие: научились превращать карие глаза в голубые. Биология. получены стволовые клетки не из эмбрионов, а из зрелых тканей
Сегодняшний мир стал очень технологичным. И медицина старается держать марку. Новые достижения все плотнее связаны с генной инженерией, клиники и врачи уже во всю применяют «облачные технологии», а пересадка 3D-органов в скором времени обещает стать обычной практикой.
Борьба с онкологией на генетическом уровне
На первом месте рейтинга – медицинский проект от компании Google . Дочерний фонд компании под названием Google Ventures инвестировал $130 млн в «облачный» проект «Flatiron», направленный на борьбу с онкологией в медицине. Проект ежедневно собирает и анализирует сотни тысяч данных о случаях раковых заболеваний, передавая выводы врачам.
По словам директора Google Ventures Билла Мариса в скором времени лечение раковых заболеваний будет проходить на генетическом уровне, а химиотерапия через 20 лет станет примитивной , как сегодня дискета или телеграф.
Беспроводные технологии в медицине
Браслеты здоровья или «умные часы» – хороший пример того, как современные технологии в медицине помогают людям быть здоровыми. Посредством привычных устройств каждый из нас может контролировать сердечные ритмы, артериальное давление, измерять шаги и количество сброшенных калорий.
В некоторых моделях браслетов предусмотрена передача данных «в облако» для дальнейшего анализа врачами. В сети интернет можно загрузить десятки программ для контроля здоровья, например, Google Fit или HealthKit.
Компания AliveCor пошла еще дальше и предложила устройство, которое синхронизируется со смартфоном и позволяет делать снимок ЭКГ в домашних условиях . Прибор представляет собой чехол со специальными датчиками. Данные снимка через интернет поступают к лечащему врачу.
Восстановление слуха и зрения
Кохлеарный имплант для восстановления слуха
В 2014 году австралийские ученые предложили способ лечения слуха на генетическом уровне. Медицинский метод основан на том, чтобы безболезненно внедрить в организм человека ДНК-содержащий препарат , внутри которого «вшит» кохлеарный имплант. Имплант взаимодействует с клетками слухового нерва и к пациенту постепенно возвращается слух.
Бионический глаз для восстановления зрения
С помощью импланта «бионический глаз» ученые научились восстанавливать зрение. Первая медицинская операция прошла в США еще в 2008 году. Помимо пересаженной искусственной сетчатки, пациентам выдаются специальные очки со встроенной камерой. Система позволяет воспринимать полноценную картинку, различать цвета и очертания предметов. Сегодня в очереди на проведение подобной операции стоит свыше 8 000 человек
Медицина шагнула ближе к лечению СПИДа
Ученые из Рокфеллеровского университета (Нью Йорк, США) совместно с фармацевтической компании GlaxoSmithKline провели клинические испытания медицинского препарат а GSK744 , который способен снизить вероятность заражения ВИЧ более чем на 90% . Вещество способно подавлять работу фермента, с помощью которого ВИЧ модифицирует ДНК клетки и затем размножается в организме. Работа значительно приблизила ученых к созданию нового лекарства против ВИЧ.
Органы и ткани с помощью 3D-принтеров
3D-биопринтинг: органы и ткани печатают с помощью принтера
За последние 2 года ученые на практике смогли добиться создания органов и тканей с помощью 3D-принтеров и успешно вживлять их в организм пациента.
Современные медицинские технологии позволяют создавать протезы рук и ног, части позвоночника, уши, нос, внутренние органы и даже клетки тканей.
Весной 2014 года врачи Университетского медицинского центра Утрехта (Голландия) успешно провели первую в истории медицины пересадку черепной кости, созданную с помощью 3D-принтера.
Бренд Qmed провел опрос среди покупателей и составил рейтинг величайших медицинских изобретений всех времен.
Компания сделала презентацию из 10 слайдов, на которых представлено новейшее медицинское оборудование, а также изобретения, созданные в далекие времена. На сегодняшний день было получено почти 1700 голосов.
10. КОМПЬЮТЕРНЫЙ ТОМОГРАФ (2,32% голосов)
Благодаря развитию математической и компьютерной сфер появилась возможность использовать рентгеновское оборудование лишь во второй половине 20-го века.
Возможно, группа «The Beatles» помогла развитию этого оборудования. Дело в том, что компания EMI Group, создавшая первый компьютерный томограф, была и звукозаписывающим лейблом Ливерпульской четверки. Группа приносила неплохой доход, благодаря которому сэр Годфри Хаунсфилд создал томограф по образцу 1968 года. (Многие оспаривают участие группы «The Beatles» в создании томографа).
Появление компьютерных томографов ознаменовало значительный прогресс. Благодаря этому изобретению снизилась необходимость медицинского вмешательства в человеческий организм с целью диагностики.
9. КАТЕТЕР (4,22% голосов)
Эластичный медицинский катетер появился в середине 1700-х годов. Его появление связано с потребностью Бенджамина Франклина, который хотел помочь своему брату Джону в борьбе с мочекаменной болезнью.
Катетер, который используют в больницах в настоящее время, называется катетером Гиббона-Уолша. Он появился в больницах в начале 1900 годов.
За покойным Дэвидом С. Шериданом числилось создание множества медицинских изобретений. В 1988 журнал Forbes назвал его «Королем Катетера». Также Д.Шеридану приписано создание современного одноразового катетера. Издательство The Associated Press после его смерти в выпуске № 95 от 2004 года опубликовало некролог, в котором Дэвид Шеридан рассказал, что получил только 8 классов образования и работал жестянщиком. Он был уверен в том, что медицинские катетеры должны быть одноразовыми. Благодаря этому он изобрел пластмассовую эндотрахеальную трубу.
Другой изобретатель, также всю жизнь проработавший жестянщиком, Томас Фогарти, к. м. н., сосудистый хирург, разработал катетер для эмболэктомии в 1960 году. В 1965 году с помощью этого катетера была произведена первая баллонная ангиопластика.
8. ЛЕЙКОПЛАСТЫРЬ (4.28% ГОЛОСОВ)
С давних пор люди перевязывали раны с помощью повязок. Но нужно было что-то, что можно быстро наложить на царапину или рану для предотвращения развития заражения. Корпорация Johnson & Johnson придумала решение - лейкопластырь.
Фактически лейкопластырь был изобретен в 1920 году. Эрл Диксон, поставщик хлопка для компании J&J, придумал новую процедуру перевязки. Он приклеил квадратный кусок хлопка к марле клейкой стороной наверх и накрыл ее кринолином. Показав готовое изделие своей жене Жозефине, он предложил ей накладывать повязку всякий раз, когда она порежется или обожжется при ведении хозяйства в доме в Нью-Джерси. В результате, Эрл Диксон стал вице-президентом корпорации J&J.
7. СЕРДЕЧНЫЕ КЛАПАНЫ (4,46% голосов)
Американский хирург Чарлз Хафнейджел изобрел механический сердечный клапан в начале 1950-х годов. В 1952 году Хафнейджел имплантировал устройство в тело 30-летней женщину, которая после операции смогла вести прежний образ жизни. Несмотря на то что устройство успешно прижилось в организмах некоторых пациентов, конструкция не позволяла вставлять его в сердце.
Менее чем через десять лет, в 1960 году, был разработан сердечный клапан, который фиксировался сверху и снизу, что позволяло вживлять его в сердце. Известный как шаровой клапан Starr-Edwards Silastic, он был впервые имплантирован 21 сентября 1960 года. Корпорация Edwards Lifesciences продолжила производство сердечных клапанов до 2007 года.
Пожалуй, самой крупной инновацией в кардиохирургии за последнее десять лет стало появление транскатетерной имплантации аортального клапана. Это изобретение предложило неоперабельным пациентам альтернативу по замене клапана на открытом сердце. Операции по вживлению легочного и митрального клапана через кожу также успешно функционируют.
6. Стетоскоп (5,26% голосов)
Французский врач Рене Лаеннек в 1816 году изобрел первый стетоскоп. По-большому счету, изобретение выглядело как ушная раковина с трубкой, приложенной к грудной клетке. Это был один из первых опытов, когда врачи пытались исследовать работу организма, не прибегая к операционному вмешательству.
Сегодня мы можем встретить акустические стетоскопы на каждом приеме у терапевта. Суть работы стетоскопа в том, что он передает звуки в грудной клетке через полые трубки в уши медицинского специалиста.
5. МРТ (7,64% голосов)
Современная магнитно-резонансная томографии (МРТ) зародилась в стенах Колумбийского университета. Профессор Исидор Раби впервые отметил, что атомные ядра поглощают или излучают радиоволны, когда они находятся в сильном магнитном поле. Эта особенность получила название ядерно-магнитно-резонансной томографии. За свои исследования профессор был удостоен Нобелевской премии.
Американский врач Раймонд Ваган Дамадиан в конце 1960-х годов предложил использовать эту особенность для сканирования всего тела. Первая процедура МРТ была проведена 3 июля 1977 года. В настоящее время используется более 20 000 сканеров МРТ по всему миру.
4. КАРДИОСТИМУЛЯТОР (8,37% голосов)
Электростимуляцию для регулирования сердечного ритма впервые использовали австралийские и американские исследователи в конце 1920 начале 1930 гг. Но прогресс, вероятно, произошел в 1957 году, когда Эрл Баккен-соучредитель Fridley и основатель компании Medtronic, создал первые батарейки для наружного кардиостимулятора.
Инноватор операции на открытом сердце К. Уолтон Лиллехей, доктор медицинских наук, обратился за помощью к Баккену. Его пациенты были зависимы от кардиостимуляторов, которые работали от электричества. Каждый раз, когда его отключали, пациентам угрожала опасность.
Кардиостимуляторы на батарейках проложили дорогу имплантируемым электрокардиостимуляторам, которые с каждым годом уменьшались в размерах. Самые новейшие изобретения от компании Medtronic’s Micra и St. Jude Medical’s Nanostim выглядят как большая таблетка и вживляются напрямую в сердце.
По такой же технологии в начале 1980-х годов был создан имплантируемый кардиовертер-дефибриллятор или КАРДИОВЕРТЕРА. Устройство разработано группой, в которую входит Мир Имран, основатель, генеральный директор и председатель лаборатории InCube, расположенной в Калифорнии.
3. РЕНТГЕНОВСКАЯ МАШИНА (14,91% голосов)
Способность заглянуть внутрь человеческого тела без операционного вмешательства стала значительным достижением в области медицины. Первым изобретением, позволявшим сделать это, была рентгеновская машина. Ее создание датируется началом ХХ века.
Физик Вильгельм Конрад Рентген случайно обнаружил рентгеновские лучи в 1895 году. Во время экспериментов с электрическими разрядным трубками в своей лаборатории в Вюрцбурге, Германия, Рентген заметил свечение, идущее от экрана, покрытого химическим составом. Физик обнаружил, что рентгеновские лучи проходили через ткани, не задевая кости. Настоящим чудом медицины стало то, что результаты исследований могли быть запечатлены на снимке.
2. ШПРИЦ (19,74% голосов)
Более ответственными за спасение жизней и облегчение страданий, чем любая другая медицинская техника, были лекарства и шприцы, которые являются основным способом доставки медикаментов.
Внутривенные инъекции появились в 1600-е годы. (Тогда использовали гусиные перья и мочевой пузырь животных). Но первые изделия, похожие на шприцы для подкожных инъекций, были изобретены практически одновременно в 1853 году шотландским врачом Александром Вудом и французским хирургом Чарльзом Габриэлем Правазом. Целью первого использования шприца было введение морфина в качестве обезболивающего.
1. ОЧКИ (25,18% голосов)
Линзы, корректирующие зрение, прошли долгий путь развития с тех пор, как римский император Нерон (54-68 гг. правления) смотрел на гладиаторские бои через вогнутый кусок изумруда. Дизайн линз эволюционировал. Однако очки, какими мы знаем их сейчас, были изобретены лишь в конце 1200-х годов в Италии. Самое раннее цветное изображение очков появилось в 1352 г. Виной тому стал художник Томмазо да Модена, изобразивший кардинала Хьюго Прованса в очках.
С 1800 годов дизайн очков значительно видоизменился. Сейчас можно встретить множество форм корректирующих линз, в том числе бифокальных, трифокальных, прогрессивных, одного видения и линз, фокусирующих взгляд.
Начало 21 века ознаменовалось многими открытиями в области медицины, о которых еще 10-20 лет назад писали в фантастических романах, а сами пациенты о них могли лишь мечтать. И хотя многие из этих открытий ждет длинная дорога внедрения в клиническую практику, они уже относятся не к разряду концептуальных разработок, а являются реально работающими устройствами, пусть пока и не массово применяющимися в медицинской практике.
1. Искусственное сердце AbioCor
В июле 2001 года группа хирургов из Луисвилля (Кентукки) сумела имплантировать пациенту искусственное сердце нового поколения. Устройство, получившее название AbioCor, было имплантировано человеку, который страдал от сердечной недостаточности. Искусственное сердце разработано компанией Abiomed, Inc.. Хотя подобные устройства использовались и раньше, AbioCor является наиболее совершенным в своём роде.
В предыдущих версиях пациент должен был быть присоединён к огромной консоли через трубки и проводки, которые вживлялись ему через кожу. Это означало, что человек оставался прикованным к кровати. AbioCor же полностью автономно существует внутри человеческого тела, и ему не нужны дополнительные трубки или проводки, которые выходят наружу.
2. Биоискусственная печень
Идея создания биоискусственной печени пришла в голову доктору Кенннету Матсумуре (Kenneth Matsumura), который решил по-новому подойти к вопросу. Учёный создал устройство, которое использует клетки печени, собранные у животных. Приспособление считается биоискусственным, поскольку оно состоит из биологического и искусственного материала. В 2001 году биоискусственная печень была названа Изобретением года по версии журнала TIME.
3. Таблетка с камерой
С помощью такой таблетки можно диагностировать рак на самых ранних стадиях. Устройство было создано с целью получать качественные цветные изображения в ограниченных пространствах. Таблетка-камера может зафиксировать признаки рака пищевода, её размер приблизительно равняется ширине ногтя взрослого человека и дважды его длиннее.
4. Бионические контактные линзы
Бионические контактные линзы разработали исследователи Вашингтонского университета (University of Washington). Они сумели соединить эластичные контактные линзы с отпечатанной электронной схемой. Это изобретение помогает пользователю видеть мир, накладывая компьютеризированные картинки поверх его собственного зрения. По словам изобретателей, бионические контактные линзы могут пригодиться шофёрам и пилотам, показывая им маршруты, информацию о погоде или транспортных средствах. В дополнение, эти контактные линзы могут следить за такими физическими показателями человека как уровень холестерола, присутствие бактерий и вирусов. Собранные данные могут быть отправлены на компьютер при помощью беспроводной передачи.
5. Бионическая рука iLIMB
Созданная Дэвидом Глоу (David Gow) в 2007 году, бионическая рука iLIMB стала первой в мире искусственной конечностью, которая снабжена пятью индивидуально механизированными пальцами. Пользователи устройства смогут брать в руку объекты различной формы - например, ручки чашек. iLIMB состоит из 3 отдельных частей: 4-х пальцев, большого пальца и ладони. Каждая из частей содержит свою систему управления.
6. Роботы-помощники во время операций
Хирурги уже некоторое время пользуются роботизированными руками, однако теперь появился робот, который может самостоятельно проводить операцию. Группа учёных из Университета Дьюка (Duke University) уже протестировала робота. Они использовали его на мёртвой индейке (поскольку мясо индейки имеет схожую структуру с человеческим). Успешность роботов оценивается в 93%. Конечно, ещё рано говорить об автономных роботах-хирургах, однако данное изобретение является серьёзным шагом в этом направлении.
7. Устройство, читающее мысли
«Чтение мыслей» - термин, используемый психологами, который подразумевает подсознательное обнаружение и анализ невербальных сигналов, например, выражений лица или движений головы. Такие сигналы помогают людям понять эмоциональное состояние друг друга. Это изобретение является детищем трёх учёных из MIT Media Lab. Читающая мысли машина сканирует сигналы мозга пользователя и оповещает о них тех, с кем происходит общение. Устройство может быть использовано для работы с аутистами.
8. Elekta Axesse
Elekta Axesse - это современное устройство для борьбы с раком. Оно было создано с целью лечить опухоли по всему телу - в позвоночнике, лёгких, простате, печени и многих других. Elekta Axesse совмещает в себе несколько функциональных возможностей. Устройство может производить стереотаксическую радиохирургию, стереотаксическую лучевую терапию, радиохирургию. Во время лечения доктора имеют возможность наблюдать 3D-изображение участка, который будет обработан.
9. Экзоскелет eLEGS
Экзоскелет eLEGS является одним из наиболее впечатляющих изобретений 21-го века. Он прост в использовании, и пациенты могут носить его не только в больнице, но и дома. Устройство позволяет стоять, ходить и даже подниматься по ступенькам. Экзоскелет подходит для людей ростом от 157 см до 193 см и весом до 100 кг.
10 . Глазописец
Это устройство с целью помочь в общении людям, прикованным к постели. Глазописец - общее творение исследователей из Ebeling Group, Not Impossible Foundation и Graffiti Research Lab. В основе технологии лежат дешёвые, отслеживающие движение глаз очки, оснащённые программным обеспечением с открытым исходным кодом. Такие очки позволяют людям, страдающим нервно-мышечным синдромом, общаться, рисуя или записывая на экране при помощи фиксирования движения глаз и преобразования его в линии на дисплее.
Екатерина Мартыненко
В первые два десятилетия 21-го века наука обогатилась целым рядом открытий, которые в перспективе могут значительно повлиять на качество жизни каждого человека. Чего стоит только получение стволовых клеток из кожи взрослого человека, дающее возможность выращивать нужные органы без использования эмбриональных клеток!
Фундаментальное открытие гравитационных волн дает человечеству надежду на путешествия между звездами, а из нового материала графен совсем скоро будут производить сверхъемкие аккумуляторы. Впрочем, обо всем по порядку: в нижеприведенном рейтинге мы постарались систематизировать важнейшие научные открытия 21 века по степени их значимости для человечества.
ТОП-10 самых значительных научных открытий XXI века
10. БИОНИКА. Сконструированы биопротезы, управляемые силой мысли
Еще недавно утраченные конечности людям заменяли пластиковые муляжи или даже крюки. В последние два десятилетия наука сделала огромный шаг в создании биопротезов, управляемых силой мысли и даже передающих ощущения от искусственных пальцев в мозг. В 2010 г. английская фирма «RSLSteeper» представила биопротез руки, с помощью которого человек способен открывать двери ключом, разбивать яйца на сковородку, снимать деньги в банкомате и даже держать пластиковый стаканчик.
Одноразовый стакан легко раздавить при чрезмерном усилии, но ученые добились того, что силу сжатия пальцев можно варьировать. Управляющие сигналы для этого снимаются с грудных мышц тела.
Другая компания «Bebionic» в 2016 г. изготовила для инвалида Найджела Экленда бионический протез руки, которым не только можно управлять силой мысли. Вдобавок к этому изделие оснащено датчиками чувствительности, подключенными к нервным окончания культи. Таким образом, достигается обратная связь, чтобы пациент мог чувствовать прикосновения и тепло. Пока биопротезы являются достаточно дорогими, однако благодаря развитию 3D-печати уже в ближайшее время прогнозируется их более широкая доступность.
9. БИОТЕХНОЛОГИИ. Создана первая в мире синтетическая бактериальная клетка
В 2010 г. группа ученых под руководством Крейга Вентера добилась прорыва в амбициозном проекте по созданию ни много, ни мало – новой жизни. Биологи взяли геном бактерии Mycoplasma genitalium и систематически, один за другим, удаляли из него гены, чтобы определить минимальный набор, необходимый для жизни. Оказалось, что он должен включать 382 гена, составляющих, как бы основу жизни. После этого ученые уже «с нуля» составили искусственный геном, который пересадили в клетку бактерии Mycoplasma capricolum, из которой предварительно были удалены собственные комплексы ДНК.
Искусственная клетка, которая даже получила собственное имя – Синтия, оказалась жизнеспособной и начала активно делиться.
Данный успех открывает перед биотехнологами широчайшие возможности по созданию гораздо более сложных организмов с заданными параметрами. Уже сейчас конструируются искусственные клетки, которые смогут производить вакцины и даже топливо для автомобилей, а в перспективе биологи надеются создать бактерию, которая бы поглощала углекислый газ. Такой микроорганизм мог бы помочь в ликвидации парникового эффекта на Земле, а также в терраформировании Марса и Венеры.
Так выглядит первая в мире размножившаяся искусственная клетка Синтия под электронным микроскопом
8. АСТРОФИЗИКА. Обнаружены планета Эрида и вода на Марсе
К крупнейшим открытиям 21 века можно отнести сразу две «космические» находки. В 2005 г. группой американских астрономов из обсерватории «Джемини», Йельского и Калифорнийского университетов было открыто небесное тело, движущееся за орбитой Плутона. Дальнейшие исследования показали, что малая планета, получившая название Эрида, по размерам лишь немного уступает Плутону. В 2006 г. это небесное тело сфотографировал орбитальный телескоп «Хаббл», обнаружив вращающийся вокруг него довольно крупный спутник, получивший название Дисномия. Предполагается, что по физическим характеристикам Эрида похожа на Плутон, а ее поверхность, скорее всего, покрыта ярко-белым льдом, поскольку альбедо (отражающая способность) планетоида уступает только спутнику Сатурна Энцеладу.
Вторым крупнейшим открытием 21 века в исследовании Солнечной системы является обнаружение воды на Марсе. Еще в 2002 г. орбитальный аппарат «Одиссей» обнаружил признаки наличия под поверхностью планеты водяного льда. В 2005 г. европейский аппарат «Марс-Экспресс» заснял кратеры с явственными следами водяных потоков, а окончательно развеял сомнения американский зонд «Феникс». В 2008 г. он сел в окрестностях Северного полюса и в одном из экспериментов – успешно выделил воду из марсианского грунта. Гарантированное наличие влаги на Красной планете снимает главное ограничение для ее колонизации. Америка планирует запустить пилотируемую миссию на Марс уже в 2030-х годах, идет разработка ядерного двигателя для этой цели и в России.
7. НЕЙРОЛОГИЯ. Впервые записаны и перезаписаны воспоминания в мозг
В 2014 г. исследователям из Массачусетского университета удалось внедрить в память подопытных мышей ложные воспоминания. Им в голову были вживлены оптоволоконные провода, присоединенные к участкам мозга, ответственным за формирование памяти. По ним ученые подавали лазерные сигналы, которые воздействовали на определенные участки нейронов. В результате удалось добиться как стирания некоторых воспоминаний мышей, так и формирования ложных. Например, грызуны забывали, что в определенном участке клетки у них когда-то были приятные встречи с самками и больше не стремились туда. В то же время, ученым удалось создать новые воспоминания о том, что «опасный» отсек клетки, на самом деле привлекателен и мыши старались оказаться именно там.
На первый взгляд, эти результаты выглядят детской игрой, да еще и с сомнительным этическим подтекстом. Между тем, нейрофизиологам удалось главное – найти участки мозга, отвечающие за память (гиппокамп и префронтальная кора) и создать, пусть пока примитивные, методы воздействия на них. Это дает широкие перспективы для совершенствования путей воздействия на мозг, а в будущем позволит лечить фобии и душевные расстройства. Не исключено, что уже в обозримом будущем удастся создать приборы для пакетной закачки данных в человеческий мозг для быстрого обучения наукам, требующим запоминания большого количества данных, например, можно будет в кратчайшие сроки овладеть иностранным языком.
6. ФИЗИКА. Обнаружен бозон Хиггса или «частица Бога»
В июле 2012 г. произошло открытие, ради которого были потрачены 6 млрд. долларов, вложенные в постройку Большого адронного коллайдера (CERN) близ Женевы. Ученые обнаружили т.н. «частицу Бога», существование которой было предсказано еще в 60-х годах британским физиком Питером Хиггсом. В честь него она и была названа. Благодаря экспериментальному доказательству существования бозона Хиггса фундаментальная физика получила последнее недостающее звено для построения пренормируемой квантовой теории поля. Данная теория является продолжением классической квантовой механики, однако качественно меняет взгляд на картину микромира и Вселенной в целом.
Практическое значение открытия бозона Хиггса заключается в том, что ученым открываются перспективы разработки антигравитации и разработки двигателей, которым не требуется энергия для работы.
Для этого нужно «всего ничего» - научиться убирать т.н. хиггсовское поле, которое связывает элементарные частицы, не давая им разлетаться. В этом случае масса объекта с нейтрализованным полем будет равна нулю, а значит - он перестанет принимать участие в гравитационном взаимодействии. Разумеется, такие открытия – вопрос весьма отдаленного будущего.
5. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Создан сверхпрочный материал графен
Графен – это уникальный по прочности и многим другим свойствам материал, который был впервые получен русскими физиками (работающими в Британии) Константином Новоселовым и Андреем Геймом в 2004 г. Через 6 лет ученых наградили за это Нобелевской премией, а в наши дни графен активно исследуется и уже применяется в некоторых изделиях . Необычность материала заключается сразу в нескольких его особенностях. Во-первых – это второй по прочности (после карбина) из известных ныне материалов. Во-вторых, графен – великолепный проводник, с помощью которого можно достигать уникальные электронные эффекты. В-третьих, материал обладает высочайшими показателями теплопроводности, что опять же – позволяет использовать его в полупроводниковой электронике без опасений ее перегрева.
Особые надежды на графен возлагаются в плане его применения в сверхъемких аккумуляторах, которых так не хватает электромобилям.
В 2017 г. компания «Samsung» представила один из первых АКБ на основе графена с емкостью на 45% выше, чем у его литий-ионного аналога сопоставимой величины. Но самое главное – новый аккумулятор заряжается и отдает заряд в 5 раз быстрее обычного. Примечательно, что речь идет не о полностью графеновом, а о гибридном АКБ, где инновационный материал используется как вспомогательный. Если же, точнее – когда разработчики создадут полностью графеновую батарею, это станет настоящей революцией в энергетике. Главной проблемой в широком использовании графена является дороговизна его получения и недостатки в технологиях, которые пока не позволяют получить абсолютно однородный материал. Однако уже сейчас число заявок на патенты с использованием графена зашкалило за 50 тыс., поэтому нет сомнения, что уже в обозримом будущем необычный материал заметно повлияет на качество жизни людей.
4. БИОЛОГИЯ. Получены стволовые клетки не из эмбрионов, а из зрелых тканей
В 2012 г. нобелевская премия по физиологии и медицине была вручена английскому биологу Джону Гердону и его японскому коллеге Сине Яманаке. Они произвели настоящий фурор в среде биотехнологов, создав из обычных клеток – стволовые, т.е. способные составлять любые органы. Для этого ученые ввели в клетки соединительной ткани мыши всего 4 гена и в результате фибропласты превратились в незрелые стволовые клетки, обладающие всеми свойствами эмбриональных. Из подобного материала можно вырастить любой орган – от печени до сердца.
Таким образом, исследователи не только теоретически, но и практически доказали обратимость специализации клеток, что невозможно переоценить.
До недавних пор считалось, что стволовые клетки можно получить только из эмбрионов или пуповинной крови. Первое – сомнительно с этической точки зрения, а второе – вынуждало людей (в основном богатых) делать банк стволовых клеток сразу после рождения ребенка, чтобы в будущем он мог использовать его для лечения. Открытие физиологов сняло данные ограничения и теперь каждому человеку (как минимум, теоретически) доступно лечение стволовыми клетками и клонирование органов, содержащих «родную» ДНК организма.
3. АСТРОФИЗИКА. Доказано существование гравитационных волн
Открытие гравитационных волн считается величайшим научным достижением 2016 года, а возможно и всего второго десятилетия XXI века. В 2017 году их первооткрывателям - Райнеру Вайссу, Бэрри Бэришу и Кипу Торну была присуждена нобелевская премия по физике. С помощью двух интероферометрических обсерваторий LIGO и VIRGO, расположенных в США и Италии, ученым удалось зафиксировать гравитационные волны, образовавшиеся в результате слияния двух черных дыр на расстоянии в 1,3 млрд. световых лет от Солнца.
Тем самым исследователи экспериментально подтвердили достоверность Общей теории относительности Эйнштейна, предсказавшей наличие гравитационных волн еще в начале ХХ века (на уровне теории).
Впоследствии LIGO и VIRGO зафиксировали еще два гравитационных всплеска от столкновения нейтронных звезд. Выдающаяся ценность открытия заключается в подтверждении искривления пространства-времени под воздействием массивных объектов. Это означает, что тысячи раз описанные фантастами путешествия звездолетов сквозь «нуль-пространство» и «гиперпереходы» вполне возможны, хоть и являются перспективой далекого будущего. Вероятно, неслучайно, один из первооткрывателей гравитационных волн – Кип Торн, по итогам своих исследований выпустил книгу, «Интерстеллар. Наука за кадром», название которой перекликается со знаменитым фильмом.
Примерно так по Эйнштейну выглядит пространство-время в окрестностях Солнца, искривляющееся под воздействием массивной звезды. Теперь данная картина доказана экспериментально
2. ФИЗИКА. Проведены успешные опыты по дальней квантовой телепортации
Под квантовой телепортацией понимается не перемещение физических объектов, а передача информации о состоянии элементарной частицы или атома. Важнейшим моментом здесь является расстояние – вплоть до начала XXI века подобную связь удавалось обеспечить только на уровне микромира. Прорывным стал 2009 г., когда ученым из Мерилендского университета удалось передать квантовое состояние иона иттербия на 1 метр. Затем инициативу в данном направлении исследований прочно перехватили китайские ученые.
Сначала им удалось обеспечить квантовую связь на дистанции 120 км, а в 2017 г. – осуществить первую космическую квантовую телепортацию со спутника «Мо-Цзы» на три наземных лаборатории до которых было 1203 км.
Такой научно-технологический скачок позволит уже в ближайшем будущем создавать абсолютно защищенные линии связи, которые даже теоретически не смогут взломать хакеры. В условиях, когда финансовая, деловая и частная жизнь все больше перемещается в Интернет, линии на основе квантовой телепортации обещают стать настоящей панацеей в сфере информационной безопасности. Кроме того, на основе данного способа связи разрабатываются сверхбыстрые компьютеры, которые в перспективе заменят существующие.
1. КИБЕРНЕТИКА. Создан робот с биологическим мозгом
В 2008 г. ученые из Англии создали, пожалуй, первого в мире киборга – полуживого робота с мозгом на основе 300 тыс. крысиных нейронов. Их выделили из эмбриона грызуна, разделили с помощью специального фермента и разместили в питательном растворе на пластине размером 8 см. К полученному квазимозгу ученые присоединили 60 электродов, которые считывают сигналы с нейронов и передают их к электронной схеме. Они же служат для доставки в мозг сигналов. Первый робот с биологическим мозгом получил собственное имя – Гордон, был оснащен платформой для передвижения и ультразвуковым сенсором, сканирующим местность при езде. Сигналы от него идут в мозг, а возникающие там импульсы и обратная связь управляют движением.
Исследователям удалось добиться обучаемости Гордона, поскольку нейроны обладают памятью. Упершись в препятствие всего один раз, робот в 80% случаев уже не ездит по неудачному маршруту. При этом, как заявляют ученые, Гордон не управляется извне, а контролируется исключительно серым веществом, доставшимся от крысы. Таким образом, британцы сделали первый шаг по созданию полноценных киборгов на основе уже не десятков тысяч, а миллиардов нейронов, что, скорее всего, произойдет еще до конца текущего столетия.
Смотрите видео о важнейших научных открытиях XXI века на
