Το 2013 αποτελεί πλέον παρελθόν, καθώς μπαίνουμε σε μια νέα χρονιά γεμάτη με ελπίδες και προσδοκίες για πολλά ερευνητικά επιτεύγματα! Ενώ λοιπόν αναμένουμε τις πρώτες ανακαλύψεις του 2014, ας δούμε τις σπουδαιότερες ανακαλύψεις στη χημεία για το έτος που μας πέρασε.

Παίζοντας με το DNA

Η νανοτεχνολογία του DNA αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα πεδία της χημικής έρευνας τα τελευταία χρόνια, με όλο και περισσότερες ερευνητικές ομάδες να καταπιάνονται με σχετικά θέματα. Στις ΗΠΑ, ο Peng Yin και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ δημιούργησαν τουβλάκια DNA σε νανοκλίμακα, που μπορούν να κλειδώσούν μαζί σαν τουβλάκια lego και να ενσωματωθούν σε ένα τεράστιο φάσμα διαφορετικών σχημάτων.

Κάθε τουβλάκι αποτελείται από έναν κλώνο 32 νουκλεοτιδίων DNA. Ο κλώνος αυτός περιέχει δύο περιοχές «κεφάλι»  οι οποίες προεξέχουν (σαν τις αντίστοιχες στα lego τουβλάκια) και δύο περιοχές «ουρά», στις οποίες προσδένονται οι προεξοχές. Εάν θέλουμε να οικοδομήσουμε συγκεκριμένα σχήματα, τότε χρησιμοποιείται ένας υπολογιστής για να εντοπίσει ποια ακριβώς τουβλάκια χρειάζονται, και στη συνέχεια τα τουβλάκια αυτά απλώς αναμειγνύονται μεταξύ τους και συναρμολογούνται αυτόματα από μόνα τους. Αν και παρόμοιες «οριγκάμι» μέθοδοι έχουν χρησιμοποιηθεί παλιότερα για τη δημιουργία τρισδιάστατων δομών DNA, η προσέγγιση αυτή είναι μια νέα εξέλιξη για τη νανοτεχνολογία και θα μπορούσε να αποδειχθεί χρήσιμη στο μέλλον.

 

Το Terminator πολυμερές

Στην Ισπανία, επιστήμονες ανακοίνωσαν πρόσφατα το πρώτο πολυμερές αυτο-ίασης, το οποίο μπορεί να επισκευάζεται χωρίς εξωτερική παρέμβαση. Αφού κοπεί στο μισό, το υλικό αυτοθεραπεύεται σε θερμοκρασία δωματίου σε μόλις δύο ώρες. Ο Ibon Odriozola και η ομάδα του στο στο CIDETEC Centre for Electrochemical Technologies ονόμασαν τη δημιουργία τους «Terminator» πολυμερές, αποδίδοντας φόρο τιμής στο ρομπότ Τ-1000 από την ταινία Terminator 2, το οποίο μπορούσε να αλλάζει διάφορα σχήματα.

Πολυμερή αυτο-ίασης (τα οποία μπορούν να επιδιορθώνονται από μόνα τους, επανασχηματίζοντας δεσμούς που έχουν χαλάσει) έχουν δημιουργηθεί και στο παρελθόν, ωστόσο συνήθως απαιτούσαν καταλύτες ή άλλες ειδικές συνθήκες ώστε να βρεθεί ενέργεια για την επισκευή των δεσμών. Οι Ισπανοί επιστήμονες, όμως, φαίνεται να έχουν βρει τη λύση, η οποία είναι η αντίδραση μετάθεσης των αρωματικών δισουλφιδίων , η οποία γίνεται αυθόρμητα σε θερμοκρασία δωματίου και επιτρέπει την αναγέννηση δεσμών σε ένα πολυ(ουρία-ουρεθάνη) δίκτυο.

Το νέο αυτό υλικό παρασκευάζεται απλά και φθηνά, ενώ οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι θα ήταν ιδανικό για εμπορικές εφαρμογές, ώστε να σκληραίνει μέρη πλαστικού που χρησιμοποιούνται σε ένα τεράστιο εύρος πεδίων, από ηλεκτρονικά μέχρι βιοϋλικά.

 

Η Χημεία στον τόπο του εγκλήματος

Κατά το 2013 σημειώθηκαν επίσης βελτιώσεις σε διάφορες εγκληματολογικές τεχνικές. Για παράδειγμα, μια ομάδα στις ΗΠΑ ανέπτυξε μια συσκευή που οι ερευνητές μπορούν να φορούν στις άκρες των δακτύλων τους, ώστε να εντοπίζουν γρήγορα τα ίχνη των εκρηκτικών και των υπολειμμάτων από πυροβολισμό . Ο αισθητήρας της συσκευής αποτελείται από μια οθόνη (ηλεκτρόδιο) τυπωμένη πάνω σε ένα περίβλημα, το οποίο φοριέται στο δείκτη του χεριού, ενώ στον αντίχειρα φοριέται περίβλημα επικαλυμμένο με gel ενός ηλεκτρολύτη. Για να αναλύσει ένα δείγμα ο ερευνητής «σκουπίζει» την ύποπτη επιφάνεια με το δείκτη και τον αντίχειρά του και στη συνέχεια απλά συμπιέζει τα δύο αυτά δάχτυλα μαζί. Ουσιαστικά με αυτόν τον τρόπο δημιουργείται ένα ηλεκτροχημικό κελίο, του οποίου το βολταμετρικό σήμα διαβάζει στη συνέχεια ένας φορητός αναλυτής και εντοπίζει διακριτές κορυφές για εκρηκτικές ύλες ή υπολείμματα από πυροβολισμό. Όλη η διαδικασία διαρκεί μόνο λίγα λεπτά, χωρίς να χάνεται χρόνος για συλλογή δειγμάτων και εργαστηριακές αναλύσεις.

 

Δεσμοί υδρογόνου κάτω από το μικροσκόπιο

Από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα της χρονιάς ήταν η πρώτη υψηλής ποιότητας απεικόνιση ενός δεσμού υδρογόνου που έγινε από Κινέζους ερευνητές. Ο Xiaohui Qiu και οι συνεργάτες του στο Εθνικό Κέντρο Νανοεπιστημών και Τεχνολογίας στην Κίνα χρησιμοποίησαν μια τεχνική μικροσκοπίας που ονομάζεται AFM (atomic force microscopy) για να παράγουν εξαιρετικές φωτογραφίες των δεσμών υδρογόνου που σχηματίζονται μεταξύ των μορίων της 8-υδροξυκινολίνης.

 

Οι εικόνες αποκαλύπτουν επίσης δεσμούς υδρογόνου, όπου το υδρογόνο που συμμετέχει στο δεσμό ενώνεται με ένα άτομο άνθρακα και όχι απαραίτητα με κάποιο πολύ ηλεκτραρνητικό στοιχείο, όπως ακόμη διδάσκεται σε αρκετά σχολεία. Ο Qiu και η ομάδα του επέλεξαν την 8-υδροξυκινολίνη, επειδή οι δεσμοί υδρογόνου στο μόριο αυτό δε βρίσκονται πάνω στο επίπεδο που σχηματίζουν οι αρωματικοί δακτύλιοι και έτσι θα μπορούσαν να γίνουν ορατοί πιο εύκολα.

Λίγο νωρίτερα, στις αρχές του έτους, μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του Berkeley στις ΗΠΑ, χρησιμοποίησε την τεχνική AFM για την απεικόνιση μορίων πριν και μετά από μια χημική αντίδραση, συλλαμβάνοντας έτσι το σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών. Πολλοί επιστήμονες ελπίζουν ότι, όπως το NMR και η φασματομετρία μάζας, έτσι και η τεχνική AFM μια μέρα θα γίνει ένα βασικό εργαλείο για την εξέταση μορίων.

 

Κλασική περίπτωση «βλάβης»

Εκτός από νέες ανακαλύψεις, το 2013 είχε και επιβεβαιώσεις παλιότερων ανακαλύψεων. Σημαντικότερη από αυτές ήταν η οριστική εύρεση της δομής του καρβοκατιόντος της ένωσης 2-νορβορνύλιο. Αν το όνομα δε σας λέει κάτι, η δομή της σίγουρα θα σας τραβήξει το ενδιαφέρον, καθώς περιέχει έναν άνθρακα που ενώνεται με 5 διαφορετικά άτομα!

Η συζήτηση ξεκίνησε το 1949, όταν ένας επιστήμονας ονόματι Saul Winstein , προσπαθώντας να εξηγήσει τη δραστικότητα των υποκατεστημένων νορβορανίων (κυκλικοί υδρογονάνθρακες με συγκεκριμένη τρισδιάστατη δομή, όπως αυτή στις παρακάτω εικόνες), πρότεινε την ύπαρξη «μη κλασικών καρβοκατιόντων», τα οποία ενώνονται με περισσότερα των 4 ατόμων. Προφανώς η πρότασή του δέχτηκε έντονη κριτική, ωστόσο διάφορες μετρήσεις που έγιναν στο πέρασμα του χρόνου (NMR, υπολογισμός μοριακών τροχιακών κ.ά.) συνηγορούσαν υπέρ της.

Η τελική απάντηση δόθηκε από Γερμανούς επιστήμονες το 2013, με τη χρήση κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ. Όπως φαίνεται και στην εικόνα, ο Winstein είχε δίκιο!

3D εκτυπωμένο βιονικό αυτί

 Η τεχνολογία 3D εκτύπωσης βρίσκεται στην κορυφή του επιστημονικού ενδιαφέροντος τα τελευταία χρόνια. Έτσι, μια από τις μεγαλύτερες επιτυχίες του έτους που μας πέρασε ήταν αυτό το βιονικό αυτί που δημιουργήθηκε στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον στις ΗΠΑ. Είναι μια από τις πρώτες εκτυπωμένες συσκευές που ενσωμάτωσε ηλεκτρονικά είδη μαζί με βιολογικό ιστό .

Για να το καταφέρει, η ομάδα χρησιμοποίησε τρία «μελάνια» στον εκτυπωτή της: σιλικόνη εμποτισμένη με νανοσωματίδια αργύρου για τα ηλεκτρονικά, απλή σιλικόνη για τη διαρθρωτική στήριξη, καθώς και ένα τζελ που περιέχει χονδροκύτταρα, για το βιολογικό ιστό (συγκεκριμένα για την παραγωγή χόνδρου). Μόλις το αυτί τυπώθηκε (σύμφωνα με ένα τρισδιάστατο σχεδιάγραμμα που είχε τροφοδοτηθεί στον εκτυπωτή), επωάστηκε σε ένα μέσο καλλιέργειας για να σχηματιστεί ο χόνδρος.

Το αποτέλεσμα μοιάζει με ένα κανονικό αυτί τόσο στην εμφάνιση, όσο και στις λειτουργίες, για τις οποίες χρησιμοποιείται ελικοειδής κεραία που βρίσκεται στο κέντρο του τεχνητού αυτιού. Αναμένουμε με περιέργεια το επόμενο μέρος σώματος που θα βγει από έναν 3D εκτυπωτή..:mrgreen:

 

Καλή χρονιά σε όλους!