Thế giới tuần qua

55

Các nhà khoa học đang nuôi cấy mạch máu trong đĩa Petri; Các kĩ sư đang sử dụng lông chim như nguồn cảm hứng để tạo ra một vật liệu mới giống như băng gai dính; Một công ty Nhật Bản sử dụng vệ tinh nhân tạo để tạo ra những trận mưa sao băng nhân tạo. Tự nhiên thật tuyệt vời nhưng chính con người đang tự tạo ra chúng trong những sáng kiến khoa học rất thú vị tuần vừa qua.

Đột phá mới trong ngành khoa học năng lượng

Tưởng tượng một chiếc xe có dung lượng pin tương đương với Tesla nhưng có thể di chuyển xa hơn 10 lần, sạc ít hơn 10 lần hoặc pin nhẹ hơn 10 lần. Ảnh: Getty Images.

Tại Canada, các nhà khoa học của trường Đại học Alberta có những bước tiến mới trong việc phát triển một loại pin mới: pin Li-ion sử dụng các hạt nano silicon để cung cấp dung lượng sạc gấp tới 10 lần dung lượng pin hiện tại.

Như đã đề cập trước đây, dung lượng lưu trữ pin là một vấn đề ngày càng lớn bởi thế giới đang dần dịch chuyển sang sử dụng nguồn năng lượng tái tạo; các nhà cung cấp không chỉ tạo ra năng lượng đó mà còn phát triển công nghệ để lưu trữ khi cần. Jonathan Veinot một nhà hóa học từ Alberta – thành viên của một nhóm tiến hành nghiên cứu về loại pin mới, giải thích công nghệ này dưới quy mô phổ biến hơn: “Hãy tưởng tượng về một chiếc xe có nguồn pin lớn bằng một chiếc xe Tesla, loại xe có thể đi xa hơn được 10 lần, hay nói cách khác, bạn có thể tiết kiệm được 10 lần sạc pin, hay nguồn pin nhẹ hơn đến 10 lần.”

Các nhà nghiên cứu gần đây đã quan tâm nhiều hơn đến silicon, một nguyên tố dồi dào chứa đựng nhiều năng lượng hơn than chì đang được sử dụng trong nguồn pin của pin Li-ion. Vấn đề là các phân tử silicon co giãn khi chúng hấp thụ và giải phóng các Li-ion, đến cuối cùng sự hao mòn khiến pin bị thoái hóa. Các nhà nghiên cứu nghĩ rằng họ có thể giải quyết vấn đề này bằng cách thay đổi kích cỡ của các phân tử. Họ bắt đầu thử nghiệm với phân tử nano ở rất nhiều kích cỡ khác nhau để xem loại nào có thể tạo ra tải trọng với sự ổn định nhất. Họ phát hiện ra đó là các phân tử nhỏ nhất, đường kính chỉ khoảng 3.10-9 mét. Bước đi tiếp theo của họ sẽ là tìm ra một cách nhanh hơn và rẻ hơn để sản xuất các phân tử nano silicon, giúp công nghệ này dễ dàng tiếp cận hơn.

Phát hiện mới nhất về các bộ não nhỏ

Các nhà khoa học tại Đại học British Columbia đã nuôi dưỡng các “mạch máu người hoàn hảo” trong một đĩa petri. Ảnh: Đại học British Columbia.

Năm ngoái, chúng ta đã biết đến việc các nhà khoa học nuôi cấy các bộ não nhỏ có khả năng tạo ra sóng não. Tháng này, cơ thể con người được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm có thêm một bộ phận khác: các nhà khoa học tại trường đại học ở British Columbia đã nuôi cấy thành công “mạch máu của con người” trong đĩa Petri hoàn thiện như những bộ não nhỏ. Họ hy vọng chúng có thể mang lại sự lí giải sâu xa hơn về bệnh tiểu đường, cũng như các loại bệnh khác liên quan đến hệ tuần hoàn.

“Khả năng tạo ra các mạch máu của con người có cấu trúc như các bộ não nhỏ là một yếu tố đột biến.” – Josef Penninger – tác giả chính của bài báo nói về sự phát triển này, in trên tờ Nature. “ Điều này trong tương lai sẽ giúp các nhà nghiên cứu khám phá ra nguyên nhân và phương pháp điều trị cho nhiều bệnh về mạch máu, từ Alzheimer, các bệnh về tim mạch, vấn đề chữa lành vết thương, đột quỵ, ung thư, và tất nhiên không thể bỏ qua bệnh tiểu đường. Mặc dù các biến chứng của bệnh tiểu đường ảnh hưởng lớn đến hệ tuần hoàn, các nhà nghiên cứu vẫn chưa có được hiểu biết sâu xa về những sự thay đổi của mạch máu do bị tác động bởi bệnh tiểu đường. Bởi vậy, phát hiện này mở ra cho họ cánh cửa mới.

Nhóm của Penninger tạo ra những tế bào não nhỏ này từ các tế bào gốc đa năng – các tế bào chưa phân hóa có thể phát triển thành tế bào trưởng thành. Trong trường hợp này, các nhà khoa học sử dụng các tế bào đã tiếp xúc với các điều kiện của bệnh tiểu đường để nuôi cấy, nhằm nghiên cứu về hiệu quả của phương pháp và tìm ra các hợp chất hóa học gây ra sự phản tác dụng. Họ cũng cấy ghép những mạch máu này vào chuột, và “phát triển chúng thành các mạch máu con người với chức năng hoàn thiện, bao gồm động mạch và mao mạch.”- theo UBC. Điều này đã đánh dấu một thành tựu thứ cấp: hệ thống mạch máu của con người có thể nuôi cấy thành công trong cơ thể của các loài khác.

Kỹ thuật làm xù lông tự nhiên

Vật liệu bắt chước lông chim có thể đóng vai trò là một loại chất kết dính mới – giống như một người kế thừa Velcro – thậm chí ứng dụng trong hàng không vũ trụ. Ảnh: Đại học California, San Diego.

Tưởng tượng bạn vuốt dọc một chiếc lông, và sau đó vuốt theo chiều ngược lại: Khi bạn đi ngược lại sợi lông, các sợi tơ sẽ bịt kín chúng lại ngay tức khắc, như một chiếc khóa kéo. Thật ấn tượng phải không? Các kỹ sư tại trường Đại học California, San Diego xem cơ chế “khóa kéo” như nguồn cảm hứng cho thế hệ những nguồn vật liệu tiếp theo.

Những vật liệu giả lông chim có thể tạo ra một loại chất dính mới – một sự tiếp nối băng dính gai – thậm chí ứng dụng trong ngành vũ trụ hàng không: chúng hình thành một chiếc van chặt đến mức có khả năng giữ được không khí để đưa loài chim lên bầu trời. “Chúng tôi tin rằng cấu trúc này có thể tạo ra nguồn cảm hứng cho một chất dính khớp vào nhau theo một hướng hoặc là một vật liệu có độ thấm thích hợp theo định hướng” theo Tarah Sullivan – nhà nghiên cứu ngành khoa học vật liệu. Theo UCSD, trong những thập kỷ vừa qua, nhóm của cô ấy là những người đầu tiên có cái nhìn sát sao về cấu trúc chung của lông chim. Họ vừa mới công bố những phát hiện ban đầu trong tờ Science Advances.

Những sợi lông mềm mọc ra từ trục giữa của lông chim được gọi là sợi tơ, chúng móc nối vào nhau qua những sợi lông nhỏ có đầu nhọn gọi là lông tơ. Ngoài ra nhóm của Sullivan tìm ra rằng ở bất kỳ loài chim nào các sợi lông tơ đều được đặt cách nhau trong khoảng từ 8 – 16 micromet, khoảng cách cần thiết cho khả năng bay của loài. “Lần đầu tiên thấy những sợi lông tơ, tôi đã rất bất ngờ bởi cấu trúc của chúng: tinh xảo, đẹp và hữu dụng”. – Sullivan nói. “Khi chúng tôi nghiên cứu về lông ở nhiều loài khác nhau, thật ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng mặc dù có khác biệt lớn về kích thước cơ thể của các loài chim, khoảng cách giữa các sợi lông tơ là không đổi.” Cô ấy đã phát triển nguyên mẫu của các vật liệu mới có tiềm năng và lên kế hoạch để thảo luận về chúng trên báo chí trong tương lai.

Công nghệ kiểm tra đường ruột

Các dấu vết của sự di chuyển tế bào nội tiết từ các thí nghiệm để nghiên cứu cách thức các tế bào này được nội hóa để tạo thành ruột sau trong phôi gà đang phát triển; thời gian được mã hóa theo màu từ 0 giờ (tím) đến 16 giờ (trắng). Ảnh: Nandan Nerurkar / Columbia Engineering.

“Ống ruột” có vẻ không phải một cách diễn đạt thi vị, nhưng nó là một giai đoạn phôi thai cần thiết – được hình thành khi một nhóm các tế bào gốc được gọi là nội nhũ di chuyển từ bề mặt phôi đến trung tâm, và nó là tiền thân của hệ hô hấp và tiêu hóa. Tại ĐH Y Harvard, các nhà nghiên cứu đã tập trung tìm hiểu về sự hình thành của “ống ruột” để có hướng giải quyết tốt hơn cho câu hỏi về sự phát triển của phôi thai. Điều này đã giúp họ có được bức tranh rõ nét hơn bao giờ hết về công nghệ mới này.

Một cuộc điều tra tại trường ĐH Harvard, thực hiện bởi nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ Nandan Nerurkar và các đồng nghiệp hướng tới một bí ẩn lớn hơn: cụ thể là làm thế nào một nhóm tế bào ngẫu nhiên có thể tự sắp xếp thành một tổ chức mạch lạc và dần phát triển thành một cơ thể sống. “Mục tiêu chính của chúng tôi là tìm hiểu làm thế nào chúng ta, những sinh vật phức tạp, được hình thành với độ chính xác như vậy từ một bọc tế bào dường như không có tổ chức – phôi thai ban đầu.” – Mitch Nerurkar nói. Những phát hiện của họ, được công bố trên tờ Nature, có thể cải thiện quá trình các cơ quan của con người được phát triển trong phòng thí nghiệm từ tế bào gốc (xem ở trên) và có thể làm sáng tỏ các khuyết tật bẩm sinh của đường tiêu hóa.

Nerurkar và cộng sự đã sử dụng kỹ xảo hình ảnh mới để nghiên cứu sự phát triển của ống ruột ở chim non. Trước đây, điều này được thực hiện thông qua một quá trình gọi là ánh xạ tất yếu: Các tế bào được gắn mác sớm trong quá trình phát triển và sau đó được theo dõi suốt quá trình đó bằng hình ảnh tĩnh được chụp ở đầu và cuối quá trình. Mặc dù vậy, “góc nhìn này không đầy đủ, hay chính xác hơn là hoàn toàn sai lầm” Ner Nerurkar nói. Thay vào đó, anh và nhóm của mình đã sử dụng hình ảnh “sống” để quan sát trực tiếp cách các tế bào di chuyển khi nội nhũ được hình thành.

Kế hoạch phóng vệ tinh tạo ra một cơn mưa sao băng

Một trận mưa sao băng Geminid thực sự trên núi lửa Ulanhada, Nội Mông, Trung Quốc. Hiện nay, một công ty Nhật Bản có kế hoạch sản xuất mưa sao băng theo đơn đặt hàng. Ảnh: Getty Images.

Trong một động thái không liên quan đến sự chấp nhận về văn hóa của cần sa ngày càng gia tăng trên toàn thế giới, một công ty Nhật Bản đang mang lại những màn trình diễn ánh sáng bùng nổ theo cách lớn nhất có thể: Họ muốn tạo ra những trận mưa sao băng bằng cách bắn nhiều viên đạn ra khỏi các vệ tinh.

Theo một báo cáo của tờ Science Alert, Trái Đất có khoảng 22 cơn mưa sao băng mỗi năm. Mặc dù không nhất thiết phải có ai đó cải thiện sự hiếm hoi đó bằng mưa sao băng nhân tạo, công ty Astro Live Experiences đang cá cược rằng họ có thể thu hút khán giả cho những “màn trình diễn” của mình, với khả năng chúng có thể nhìn thấy trong vòng bán kính 124 dặm. Mới đây, một vệ tinh nguyên mẫu đã được phóng thử nghiệm.

Ý tưởng ở đây là vệ tinh sẽ bắn ra một loạt các viên kim loại (đường kính khoảng 1 cm, được làm từ vật liệu bí mật) từ không gian đến bầu khí quyển Trái đất, tại đây chúng sẽ bốc cháy trong “cuộc bạo loạn” của màu sắc. Science Alert lưu ý một số trở ngại về kỹ thuật công ty sẽ phải vượt qua: Thay vì đơn thuần rơi ra khỏi vệ tinh, các viên đạn cần phải được bắn đạt đến một vận tốc đủ, và bất kỳ cơ chế va chạm nào cũng không thể có đủ độ bật để đẩy vệ tinh trở lại không gian. Công ty hy vọng sẽ làm cho công nghệ của nó hoạt động hiệu quả vào năm tới và có thể tạo ra một trận mưa sao băng trên khắp Hiroshima.

BÌNH LUẬN CỦA BẠN