과학자들이 폴리머를 원자 규모로 집중

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어둠은 걷히고 이선희

 

 

 

.과학자들이 폴리머를 원자 규모로 집중

 

 

 

Glenn Roberts Jr., Lawrence Berkeley National Laboratory 에서 2018 년 11 월 12 일, 버클리 연구소 (Berkeley Lab)와 UC 버클리 (UC Berkeley) 팀이 연구 한 펩 토이 드 (peptoid) 고분자의 분자 구조 렌더링 (회색과 분홍색). 폴리머의 원자 규모 구조를 이미지화 한 팀의 성공은 배경에 표시된 물병을 형성하는 것과 같은 플라스틱의 새로운 디자인을 알릴 수있었습니다. 신용 : 버클리 연구소, Charles Rondeau / PublicDomainPictures.net

 

 

물병 및 식품 용기에서부터 장난감 및 튜빙에 이르기까지 많은 최신 재료는 플라스틱으로 만들어집니다. 그리고 우리는이 플라스틱 제품에 대해 폴리에틸렌 및 폴리 프로필렌과 같은 합성 고분자를 연간 약 1 억 1 천만 톤 생산하지만, 원자 규모의 고분자에 대해서는 아직도 수수께끼가 있습니다. 작은 스케일에서 이러한 물질의 이미지를 캡쳐하는 것이 어렵 기 때문에 폴리머의 개별 원자 이미지는 예를 들어 컴퓨터 시뮬레이션과 일러스트레이션에서만 실현되었습니다. 이제 버지니아 연구소의 로렌스 버클리 국립 연구소 (버클리 연구소)의 재료 과학 분야 수석 과학자이자 UC 버클리 (UC Berkeley)의 화학 및 생체 분자 공학 교수 인 Nitash Balsara가 이끄는 연구팀은 강력한 전자 기반 합성 폴리머에서 원자 스케일 구조의 이미지를 얻기위한 이미징 기술. 이 팀에는 Berkeley Lab과 UC Berkeley의 연구원이 포함되었습니다. 이 연구는 궁극적으로 폴리머 제조 방법을 알리고 폴리머를 포함하는 재료 및 장치에 대한 새로운 디자인을 이끌어 낼 수 있습니다. 미국 화학 협회의 Macromolecules 저널에 게재 된 연구에서 펩 토이 드 고분자 샘플에서 결정 구조 35 가지 배열을 확인한 전산 모사 및 분류 기술을 이용한 저온 전자 현미경 이미징 기술의 개발에 대해 자세히 설명했다. 펩 토이 드는 펩티드로 알려진 아미노산 사슬을 포함하여 생물학적 분자를 모방 한 인공 합성 분자입니다. 이 샘플은 나노 과학 연구를위한 과학 사용자 시설의 DOE 사무소 인 Berkeley Lab의 Molecular Foundry에서 로봇 공학으로 합성되었습니다. 연구자들은 물에 분산되었을 때 두께가 약 5 나노 미터 (10 억분의 1 미터) 인 결정화 된 고분자 시트를 만들었습니다. "우리는 우리가 만들 수있는 가장 완벽한 폴리머 분자에 대한 실험을 수행했다"고 Balsara는 말했다.이 연구에서 펩 토이드 샘플은 일반적인 합성 폴리머에 비해 극도로 순수했다 .

 

 

펩 토이 드 (peptoid) 폴리머 샘플의 시뮬레이션 된 원자 스케일 구조 (상단)와 평균 원자 크기 이미징 (하단). 판매 바는 10 옹스트롬이나 10 억분의 1 미터입니다. 크레디트 : Berkeley Lab, UC Berkel

 

 

연구팀은 작은 펩토이드 나노 시트 조각을 만들어 구조를 보존하기 위해 동결시킨 다음 전자빔을 사용하여 이미지를 찍었다. 고분자와 같은 부드러운 구조의 이미징 재료에 내재 된 문제는 이미지를 캡처하는 데 사용되는 빔이 샘플을 손상시키는 것입니다. 빔 손상을 최소화하기 위해 매우 적은 전자를 사용하여 얻은 직접 저온 전자 현미경 이미지는 개별 원자를 드러내기에는 너무 흐릿합니다. 연구진은 약 2 옹스트롬의 분해능을 달성했으며 이는 수소 원자의 약 2 배인 나노 미터의 10 분의 2에 해당한다. 그들은 서로 다른 모티프를 다른 "쓰레기통"으로 분류하고 각 빈의 이미지를 평균화하여 50 만개의 희미한 이미지를 촬영함으로써이를 달성했습니다. 그들이 사용하는 분류 방법은 구조 생물학 공동체가 단백질의 원자 구조를 이미지화하기 위해 개발 한 알고리즘을 기반으로했습니다. "우리는 단백질 이미징 사람들이 개발 한 기술을 활용하여 인간이 만든 부드러운 물질로 확장했습니다."라고 발사라는 말했다. "우리가 그들을 분류하고 평균화했을 때만 흐려짐이 분명 해졌다." 발사라 (Balsara)는 이러한 고해상도 이미지가 나오기 전에 다양한 유형의 결정 구조의 배열과 변형이 알려지지 않았다고 전했다. "모티프가 많이 있다는 것을 알았지 만 모르는 방식으로 서로 다르다"고 말했다. "사실, 펩 토이 드 시트의 지배적 인 주제조차 놀랍습니다." Balsara는 버클리 연구소의 8 월에 사망 한 버클리 연구소 분자 생물 물리학 및 통합 바이오 이미징 부문 수석 과학자 인 켄 다우닝 (Ken Downing) 과 재료 과학 분야 의 프로젝트 과학자 인 지 지앙 (Xiang Jiang) 이 연구의 중심이었던 고품질 이미지를 캡처 한 점과 폴리머 이미징에서 원자 분해능을 달성하는 데 필요한 알고리즘을 개발하기위한 것입니다. 

 

 

연구자들은 폴리머 펩 토이 드 샘플에서 발견 된 다양한 유형의 결정 구조 (왼쪽)의 분포를 보여주는 색칠 된지도 (오른쪽)를 개발했습니다. 지도 이미지의 스케일 막대는 50 나노 미터 또는 50 억분의 1 미터입니다. 크레디트 : Berkeley Lab, UC Berkeley

 

극저온 전자 현미경에 대한 그들의 전문성은 Ron Zuckermann의 모델 펩토이드 합성 능력, David Prendergast의 분자 역학 시뮬레이션에 대한 지식, Andrew Minor의 원자 규모에서의 이미징에 대한 전문 지식, Balsara의 고분자 과학 분야에서의 경험에 의해 보완되었다. . Molecular Foundry에서 Zuckermann은 생물학적 나노 구조 시설을, Prendergast는 이론 시설을, Minor는 국립 전자 현미경 센터를 지휘하고 UC Berkeley의 재료 과학 및 공학 교수도 지 냈습니다. 저온 전자 이미징의 대부분은 UC Berkeley의 Krios 현미경 검사 시설에서 수행되었습니다. 저온 전자 이미징의 대부분은 UC Berkeley의 Krios 현미경 검사 시설에서 수행되었습니다. Balsara는 폴리머 및 기타 전기 화학 장치 용 폴리머를 사용하는 연구가 폴리머 원자 의 위치가 이러한 장치의 재료 설계에 크게 도움이 될 수 있다는 것을 알 수 있었기 때문에이 연구에서 이익을 얻을 수 있다고 밝혔다. 일상 생활에서 사용되는 폴리머의 원자 크기 이미지는 기계 학습에 의존하는보다 정교하고 자동화 된 필터링 메커니즘을 필요로 할 수 있습니다. "우리는이 접근법을 사용하여 인공 지능과 같은 분야의 급속한 발전을 활용하여 상업용 폴리에틸렌 및 폴리 프로필렌과 같은 다양한 합성 고분자의 원자 규모 구조를 결정할 수 있어야한다"고 Balsara는 말했다. 결정 구조를 결정하는 것은 다른 결정 모티프가 매우 다른 결합 특성 및 치료 효과를 생성 할 수 있기 때문에 약물의 개발과 같은 다른 응용 분야에 대한 중요한 정보를 제공 할 수 있습니다. 추가 정보 탐색 : 과학자들은 나노 구조 제작을위한 또 다른 설계 원리를 발견합니다 .

 

 

자세한 정보 : Xi Jiang 외, 극저온 전자 현미경 ( Macromolecules , 2018)을 이용한 원자 길이 저울의 이미징되지 않은 합성 고분자 결정체 및 결함 . DOI : 10.1021 / acs.macromol.8b01508 곁 : 로렌스 버클리 국립 연구소 

https://phys.org/news/2018-11-scientists-polymers-atomic-scale-focus.html

 

 

 

 

.대기 조건에서의 질소 고정

 

 

 

2018 년 11 월 12 일 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne ,  옥소 가교 우라늄 화합물은 질소를 포획하여 질소와 일산화탄소를 시아 나이드로 전환시킵니다. 크레딧 : Marta Falcone / Marinella Mazzanti / EPFL

 

대기 중에 풍부하게 존재하는 질소는 화학 물질의 산업 생산에 거의 사용되지 않습니다. 질소를 사용하는 가장 중요한 공정은 농업 비료의 제조에 사용되는 암모니아의 합성이다. 산업적 사용을위한 원료 ( "공급 원료")로서 질소를 사용하는 것은 질소 고정 (nitrogen fixation)으로 알려진 반응에 의해 이루어진다. 이 반응에서, 질소 분자 (또는 일산화이-N 2 ) 질소, 암모니아 저장 이상의 값으로 직접 변환 할 수 있도록, 수소 또는 탄소와 같은 다른 구성 요소에 접속 될 수있는 질소의 두 원자들로 분할되는 화합물 . 그러나 암모니아는 산업 수준에서 만들기가 쉽지 않습니다. 하버 보쉬 (Haber-Bosch)라고하는 주요 공정은 약 450 도의 온도와 300 bar의 압력에서 철 기반 촉매를 사용하는데, 이는 해수면 압력의 약 300 배입니다. 이 공정을보다 경제적으로하기 위해 화학자들은 온화한 저에너지 조건을 사용하여 질소를 유용한 화합물로 전환시킬 수있는 새로운 시스템의 개발에 중점을 두었습니다. 2017 년에 EPFL의 Marinella Mazzanti 연구소는 두 개의 우라늄 (III) 이온과 질화물 그룹에 의해 결합 된 세 개의 칼륨 중심을 함유 한 화합물을 합성함으로써 주변 조건에서 분자 질소 를 암모니아 로 전환 할 수있었습니다 . 이제이 그룹은 다른 EPFL 그룹과 협력하여 우라늄 시스템의 질화물 브릿지를 옥소 브릿지로 대체함으로써 여전히 질소와 결합 할 수 있음을 보여 주었다. 또한 결합 된 질소는 대기 조건 에서 일산화탄소에 의해 쉽게 분해 되어 농업, 의약품 및 다양한 유기 화합물에 널리 사용되는 화합물 인 시안 아미드를 만들 수 있습니다. 옥소 가교 된 질소 착물의 반응성은 이전의 질화물 착물 및 당해 분야에서 알려진 몇몇 다른 질소 착물 과 비교하여 현저하게 상이했다 . 전산 연구에 따르면 과학자들은 우라늄 - 옥소 / 질화물 브릿지의 결합과 반응의 차이를 연관 지을 수있었습니다. Marinella Mazzanti는 "이러한 발견은 질화물 및 산화물 재료까지 확장해야하는 구조와 반응성 사이의 관계에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다. "또한 촉매 시스템에서 이러한 화합물을 사용하면 궁극적으로 비료 사용 비용을 낮출 수 있습니다." 추가 조사 : 우라늄 기반 화합물은 질소 제품의 생산을 향상시킵니다.

 

추가 정보 : Marta Falcone 외, 우라늄 멀티 메탈 복합체, Nature Chemistry (2018)에 의한 질소 환원 및 기능화에서 리간드를 연결하는 역할 . DOI : 10.1038 / s41557-018-0167-8 저널 참조 : 자연 화학 :에 의해 제공 로잔 연방 공과 대학교 

https://phys.org/news/2018-11-nitrogen-fixation-ambient-conditions.html#nRlv

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.자살 악천후가자가 면역 위험을 제기하는 전구체 T 세포를 죽입니다

 

 

2018 년 11 월 12 일, 조지아 공과 대학 자살 악천후가자가 면역 위험을 제기하는 전구체 T 세포를 죽입니다. 건강한 인간 T 세포. 제공 : NIAID / NIH

 

 

공은 컵에 떨어집니다. 컵 트리거 스프링; 스프링은 볼에 레버를 고정시키고 단단히 고정시킵니다. 이것은자가 면역 질환을 유발할 수있는 T 세포를 제거하는 새로 발견 된 세포 메커니즘에 대한 대략적인 설명입니다. 그 기작은 생화학 적 과정과 얽혀 있지만 기계적으로 작동하고 붙잡고 당겨서 죄는 작용을한다고 Georgia Institute of Technology의 연구원은 Nature Immunology 저널의 새로운 연구에서 이러한 제거에 작용하는 물리적 힘에 대한 반응을 측정했다 메커니즘. 이 메커니즘의 목적은 흉선 세포 라고 불리는 면역 세포를 위험하게 공격적으로 발병시켜 T 세포로 성숙한 상태에서 건강한 흉선 세포를 보호하면서 신체를 공격하지 못하게하는 것입니다. T 세포가 적극적으로 감염자와 암의 떼를 추적하지만 건강한 사람 조직을 손상시키지 않도록하는 이러한 선택 메커니즘을 이해하면 언젠가 새로운 면역 조절 요법이 생길 수 있습니다. 양손 악수 일반적으로 연구자들은 화학 실험을 통해 그러한 메커니즘을 추구하지만, 연구를 주도한 조지아 테크의 쳉 주 (Cheng Zhu)는 육체적 인 실험을 통해 비정상적인 발견으로 살아있는 세포에서 핵심 단백질 간의 힘의 영향을 관찰합니다. "단백질이 분리되어 체외에서 화학 반응에 사용되는 실험은이 힘을 동적으로 잃어 버린다"고 조지아 공과 대학교 에머리 대학 (Wallace H. Coulter)의 생명 공학 공학과 교수 인 Zhu는 말했다. "우리의 연구에 앞서, 힘은 흉선 세포 선택의 요인으로 간주되지 않았으며 지금은 그렇습니다." 이 연구에서 그들은 세포 자살 을 조장하는 양손 악수와 비슷한 물리적 신호 루프를 발견했습니다 . 자세한 내용은 아래에서 설명합니다. 이 분야의 의학적 중요성은 다른 기관의 다른 연구자, MD Anderson Cancer Center의 James Allison과 Kyoto University의 Tasuku Honjo에게 수여 된 2018 년 노벨 의학상에 의해 강조되었습니다. 앨리슨 (Ariison)과 혼조 (Honjo)는 조지아 테크 연구원이 연구 한 T 세포 조절 메커니즘을 이용하여 암 치료법에 대한 상을 받았습니다. Georgia Tech의 Zhu와 첫 번째 저자 인 Jinsung Hong과 Chenghao Ge는 2018 년 11 월 12 일에 새로운 연구 논문을 발표했습니다.이 연구는 국립 암 연구소, 국립 알레르기 및 전염병 연구소, 국립 신경 장애 학회 . 기관은 국립 보건원 (National Institutes of Health)의 일부입니다.

 

 

현미경으로 작은 피펫은 살아있는 세포를 잡아 당겨서 구조에 힘을 가하고 그 힘을 측정하고 세포에 대한 결과를 관찰합니다. 크레디트 : Georgia Tech / Allison Carter

 

흉선 세포 죽음

혈액 세포와 마찬가지로 인간의 흉선 세포는 골수에서 태어나지 만 목 아래의 작은 기관인 흉선으로 이동하여 선택 테스트를받습니다. 어느 하나라도 선택하지 않으면 세포 자살에 의한 사망을 의미합니다. 모든 선택을 통과하면 흉선을 떠나 우리 몸의 적과 싸울 T 세포로 흉선 세포가 촉진됩니다. 하나의 선택 은 thymocyte의 막에있는 T 세포 수용체 (TCR)가 체내 자신의 세포를 식별하는 분자 인 자기 항원을인지하는지 알기 위해 흉선 세포막에있는 T 세포 수용체 ( T 세포 수용체)를 검사합니다 . 그런 다음 부정적 선택 (negative selection)이라고하는 또 다른 선택은 자기 항원에 너무 적극적으로 반응하지 않도록 TCR을 검사합니다. 이 검사를 통과 한 세포는 자아를 용인하는 TCR을 가지고 있으며 적 항원에 반응합니다. "수용체 부위를 강하게 잡아 당긴 세포가 몸 자체를 뒤집어 쓰는 것을 원하지 않는다"고 Zhu는 말했다. 자기 항원 쉐이크 음성 선택에서, 다른 세포는 thymocytes의 T 세포 수용체 와 상호 작용하기 위해 자신의 막에 자체 항원을 확장 시킵니다. 이러한 상호 작용은 thymocytes의 운명을 봉쇄합니다 : 진행 또는 죽습니다. 이러한 상호 작용에서 힘을 연구 하면 흉부 세포에 의한 양손 잡기 및 당기기와 유사한 기계적 특성을 지닌 새로운 신호 루프가 나타났습니다 . 첫 손은 T 세포 수용체 그 자체 일 것이고 자기 항원을 나타내는 다른 세포는 T 세포의 첫 손에 특별한 공을 들고있는 다른 누군가의 손과 같을 것입니다. 자기 항원이 T 세포 수용체에 신호를 보내는 것처럼 악수가 시작됩니다.

 

 

 

리서치 인 조지 쥬 (Georgia Tech) 연구소의 쳉 주 (Cheng Zhu) 교수는 세균 연구원이 살아있는 세포의 구조를 연구하고 측정하는 것을 관찰 할 수있는 현미경 스테이션을 세우고있다. 크레디트 : Georgia Tech / Allison Carter

 

TCR이 자기 항원에 너무 강하게 반응하면 흉선 세포가 두 번째 손목을 추가하여 양손으로 손을 들어 양손으로 악수를합니다. 추가 손은 흉선 세포 내부의 핵심 메커니즘에 연결되어 TCR 사이트의 일부로 간주되는 CD8 (분화 클러스터 8)이라는 레버입니다. 자살 악수 흉선에서 약 2 주 동안 여러 개의 T 세포 수용체 부위가 한 손 또는 양손의 핸드 셰이크에 관여하여 흉선 세포로 신호를 보내 T 세포로 성숙하거나 자살합니다. 연구진은 양손이 T 세포 수용체와 자기 항원 사이의 그립을 깨기 위해 적용된 힘에 현저하게 저항하여 핸드 쉐이크 지속 시간을 연장 시킨다는 것을 발견했다. 긴 손잡이는 흉선 세포가 죽을 신호를 보냈습니다. Zhu는 "이것은 연구의 우아한 발견이다. "선택이 효과를 발휘하려면 힘이 중요하다." 새로운 신호 루프 연구팀은 또한 CD8의 악수 참여가 흉선 세포 내부에서 초기 신호에 대한 응답으로 자체 항원으로 되돌아 오는 신호를 구성한다는 새로운 발견을했다. "내부 - 귀환 신호는이 T 세포 수용체에 대해 아직보고되지 않았다"고 Zhu는 말했다. 외부 입력 신호와 내부 출력 신호는 함께 악수를 영속시키는 피드백 루프를 만듭니다. 1.자가 항원이 수용체에 닿습니다. 2. 수용체는 세포 내로 신호를 발사하고 자기 항원과 너무 적극적으로 상호 작용합니다. 3. 세포막 내부의 신호가 CD8을 가까이 당깁니다. 4. 세포막 외부에서 CD8은 악수를 강화합니다. 5. 자기 항원이 약간 미끄러지면 양손 손잡이가 다시 수용체에 들어가서 다른 신호를 걷어 내며 신호 순환을 다시 시작합니다. 6. 많은 피드백 루프가 셀 자살을 유발합니다. 추가 정보 : 팀은 면역 시스템 개발을위한 중요한 프로세스를 밝힙니다 .

 

 

더 많은 정보 : Jinsung Hong 외, TCR mechanotransduction signaling loop는 흉선에서 negative selection을 유도한다, Nature Immunology (2018). DOI : 10.1038 / s41590-018-0259-z 저널 참고 문헌 : Nature Immunology 곁에 제공하는 : 조지아 공과 대학

https://medicalxpress.com/news/2018-11-suicide-handshakes-precursor-cells-pose.html

 

 

 

 

 

 

 

 

.자력을 제어하는 ​​혁신적인 접근 방식으로 초 저전력 마이크로 칩으로가는 길을 열어줍니다

 

 

2018 년 11 월 12 일 David L. Chandler, Massachusetts Institute of Technology , 그림은 전압에 의해 제어되는 수소 이온 (적색 점)이 인접한 자성 층 (녹색으로 표시)의 자기 적 특성을 변경하기 위해 중간 물질을 통해 이동하는 방법을 보여줍니다. 신용 : MIT 뉴스 편집자의 호의

 

 

마이크로 칩의 자력을 제어하는 ​​새로운 접근 방식은 기존 버전보다 훨씬 적은 전력을 소비하는 메모리, 컴퓨팅 및 감지 장치의 문을 열 수 있습니다. 이 접근법은 현재까지이 영역의 진전을 늦추고있는 내재 된 물리적 한계를 극복 할 수 있습니다. MIT와 Brookhaven National Laboratory의 연구원은 작은 전압을가함으로써 간단히 박막 물질의 자기 적 특성을 제어 할 수 있음을 입증했다. 이런 방식으로 만들어진 자기 방향의 변화 는 오늘날의 표준 메모리 칩과는 달리 지속적인 힘 이 필요없는 새로운 상태로 유지 됩니다. 새로운 발견은 MIT Materials Research Laboratory의 재료 과학 및 공학 교수이자 공동 책임자 인 Geoffrey Beach의 논문에서 Nature Materials 저널에 오늘보고되고있다 . 대학원생 Aik Jun Tan; 그리고 MIT와 Brookhaven에서 여덟 명이 참석했다. 스핀 의사 실리콘 마이크로 칩은 전력 소모 를 줄이면서 기능을 계속 향상시킬 수있는 능력을 제한 할 수있는 근본적인 물리적 한계에 가까워지면서 연구자들은 이러한 한계를 극복 할 수있는 다양한 신기술을 연구 해왔다. 유망한 대안 중 하나는 스핀 트로닉스 (spintronics)라고 불리는 접근법으로, 전기적 충전 대신 스핀 (spin)이라고 불리는 전자의 속성을 사용합니다. 스핀 트로닉 디바이스는 실리콘 메모리 칩이 필요로 하는 일정한 전력을 필요로하지 않고 자기 속성을 유지할 수 있기 때문에 작동에 필요한 전력이 훨씬 적다. 또한 열 발생량이 훨씬 적어 오늘날 기기의 주요 제한 요인입니다. 그러나 스핀 트로닉스 기술은 그 한계점을 가지고 있습니다. 가장 큰 누락 성분 중 하나는 전압을가함으로써 전기적으로 물질의 자기 적 특성을 쉽고 빠르게 제어 할 수있는 방법입니다. 전 세계 많은 연구 단체가 이러한 도전을 추구해 왔습니다. 이전의 시도는 커패시터와 유사한 장치 구조를 사용하여 금속 자석과 절연체 사이의 계면에서의 전자 축적에 의존해왔다 . 전하가 실제 장치에 사용하는 것이 실용적이지, 오직 미량으로 재료의 자기 특성을 변경할 수있다. 또한, 전자 대신에 이온을 사용하여 자기 특성을 변화시키는 시도가있어왔다. 예를 들어, 산소 이온 은 자성 재료의 얇은 층을 산화 시키는데 사용되어 자기 특성 의 매우 큰 변화를 일으킨다.. 그러나 산소 이온을 삽입하고 제거하면 재료가 팽창 및 수축되어 기계적 손상을 입히고 프로세스를 몇 번의 반복만으로 제한하여 계산 장치에 필수적으로 사용하지 못하게합니다. 새로운 발견 은 이전 시도에서 사용 된 훨씬 더 큰 산소 이온 대신에 수소 이온 을 사용함으로써 그 주위에 한 가지 방법을 보여줍니다 . 수소 이온은 매우 쉽게 출입 할 수 있기 때문에이 새로운 시스템은 훨씬 더 빠르며 다른 중요한 이점을 제공한다고 연구진은 말합니다. 수소 이온은 매우 작기 때문에, 재료를 손상시키지 않고 매 시간 자기 방향을 변화시켜 스핀 트로닉스 장치의 결정 구조로 들어가고 빠져 나올 수 있습니다. 사실, 팀은 2,000 사이클 이상이 지난 후에 그 공정이 재료의 열화를 일으키지 않는다는 것을 증명했습니다. 그리고 산소는 산소와 달리 금속층을 쉽게 통과 할 수 있기 때문에 다른 어떤 방법으로도 제어 할 수없는 장치의 깊은 층 특성을 제어 할 수 없습니다. "자석쪽으로 수소를 펌핑하면 자화가 회전합니다."Tan은 말합니다. "실제로 전압을 적용하여 자화의 방향을 90도 전환 할 수 있으며 완전히 가역적입니다." 자석의 극의 방향이 정보를 저장하는 데 사용되므로, 이는이 효과를 사용하여 스핀 트로닉 장치에서 데이터 "비트"를 쉽게 작성하고 지울 수 있음을 의미합니다. 수년 전에 산소 이온을 통해 자기를 제어하는 ​​원래의 과정을 발견 한 바닷가는 초기 발견이 "자기 이오 나이 틱 (magnetic ionics)"이라고 불리는 새로운 영역에 대한 광범위한 연구를 시작했으며 현재이 새로운 발견은 "이 모든 분야의 끝을 돌 렸습니다. " 본질적으로, Beach 씨는 그와 그의 팀은 물리적 특성을 저하시키지 않고 반복적으로 켜고 끌 수있는 "트랜지스터의 자기 아날로그를 만들려고 노력하고있다"고 설명합니다. 그냥 물만 추가 해주세요 발견은 부분적으로는 뜻밖의 발견을 통해 이루어졌습니다. Tan은 자성 거동을 변화시키는 방법을 찾아 층을 이룬 자성 재료 를 실험하는 동안 분명하지 않은 이유로 일상적으로 실험 결과가 크게 달라지는 것을 발견했습니다. 결국, 다른 테스트 동안 모든 조건을 검사함으로써, 그는 주요 차이점이 공기 중 습도라는 것을 깨달았습니다. 건조한 습기에 비해 습한 날에는 실험이 더 잘 수행되었습니다. 그가 결국 깨달은 이유는 공기 중의 물 분자가 물질의 하전 된 표면에서 산소와 수소로 분리되고 산소가 공기로 빠져 나오면서 수소가 이온화되어 자기 장치로 침투했기 때문입니다 - 자기의 변화. 팀이 생산 한 장치는 자기 변화가 일어나는 코발트 층을 비롯하여 팔라듐 또는 백금과 같은 금속 층과 가돌리늄 산화물의 오버레이로 샌드위치 된 다음 여러 가지 얇은 층으로 구성된 샌드위치로 구성됩니다. 금층을 구동 전압에 연결한다. 자성은 전압의 간단한 적용으로 바뀌고 그 다음에도 그대로 유지됩니다. 그것을 뒤집는 것은 전혀 전력을 필요로하지 않고, 양면을 전기적으로 연결하기 위해 장치를 단락시키는 것 뿐인데, 반면에 종래의 메모리 칩은 상태를 유지하기 위해 일정한 전력을 필요로한다. "펄스를 가하는 것만으로 전력 소모량이 줄어들 수 있습니다."라고 Beach는 말합니다. 저전력 소모 및 높은 스위칭 속도를 가진이 새로운 디바이스는 모바일 컴퓨팅과 같은 디바이스에 특히 유용 할 수 있다고 Beach는 말하지만 작업은 아직 초기 단계에 있으며 향후 개발이 필요할 것입니다. "몇 년 안에 실험실 기반의 프로토 타입을 볼 수 있습니다."라고 그는 말합니다. 전체 작동 메모리 셀을 만드는 것은 "꽤 복잡하다"고 더 오래 걸릴 수 있다고 그는 말합니다.

 

 

더 자세히 살펴보기 : 기술을 통해 작은 전기 신호가 재료의 전기, 열 및 광학 특성을 변화시킬 수 있습니다. 추가 정보 : Aik Jun Tan 외, 고체 상태 양자 펌프, Nature Materials (2018)를 이용한 자력의 자기 - 이온 제어 . DOI : 10.1038 / s41563-018-0211-5 저널 참조 : 자연 재료 제공 : Massachusetts Institute of Technology 

https://phys.org/news/2018-11-approach-magnetism-route-ultra-low-power-microchips.html

 

 

 

 

 

 

 

.조직 재생을위한 '주문형 설계'발판에 한 발 더 가까이 다가 서기

 

 

Lehigh University , 2018 년 11 월 12 일 조직 재생을위한 '주문형 설계'발판에 한 발 더 가까이 다가 서기 Kelly Schultz, PC Rossin Lehigh University의 화학 및 생체 분자 공학 조교수. 학점 : Lehigh University

 

 

Lehigh University의 화학 및 생체 분자 공학과 부교수 인 Kelly Schultz에 따르면 가교 결합 된 고분자 겔의 구조는 연질 조직과 매우 유사하므로이 물질을 이해하는 것이 매우 중요하다는 한 가지 이유입니다. Schultz는 지난 달 피츠버그에서 열린 미국 화학 공학회 (AIChE) 연례 회의 의 특별 세션의 일부였으며 , 솔루션의 고분자 농도가 증가하면 가교 결합 된 겔의 구조가 어떻게 바뀌는 지 결정하는 실험실 작업을 초대했습니다. . 세션 제목은 "AIChE Journal Futures : 화학 공학 연구의 새로운 방향"이었습니다. Schultz의 강연은 그녀가 초기 경력 연구자의 작업을 강조하기 위해 고안된 AIChE의 취임식 "Future Issues"에 초청하여 기고 한 논문을 토대로 한 것입니다. 용지가 그녀의 전 박사가 공동 저술 학생, Matthew Wehrman 및 4 명의 Lehigh 학부생은 "중첩 농도 보다 높은 농도의 단계 및 사슬 성장 겔의 유변학 적 특성 및 구조"라고 불립니다 . "중합체의 농도를 높이면 상호 작용할 수 있습니다."라고 Schultz는 말합니다. "이러한 상호 작용은 재료의 구조를 변화시키고 잠재적으로 그것을 약화시킬 수 있습니다." 실험을 통해 그녀와 그녀의 연구팀은 가교 결합 된 고분자 겔의 구조가 폴리머가 상호 작용하기 시작할 때의 한계 농도에 도달 할 때까지 농도와 무관하다는 것을 발견했습니다. 이 제한 후, 구조는 다시 농도에 독립적입니다. 그룹의 핵심 발견은 더 많은 폴리머가 반드시 겔이보다 탄력 있고 강성이 있다는 것을 의미하지 않는다는 것입니다. Schultz는 "이것은 예상치 못한 결과였습니다. "우리는 발판 구조에 점진적인 변화가있을 것이라고 생각했지만 대신 이러한 상호 작용이 충분히 높아질 때 단계적 변화가 일어났습니다." 이 특성을 확인하는 것은 산업 응용 분야에서 특히 중요 할 수 있습니다. 팀의 연구에서 이러한 가교 결합 된 고분자 겔 구조가보다 적은 양의 중합체 로 달성 될 수 있음을 보여줍니다 . Schultz는 "다른 말로하면 재료의 양을 최소화하면서 원하는 결과를 얻을 수 있습니다."라고 말합니다. Schultz의 연구는 고분자 농도에서 또는 고분자 상호 작용으로 연구팀이 스캐 폴드를 바라 보았 기 때문에 참신합니다. 그녀는 대부분의 연구에서 폴리머의 상호 작용이 겔화를 복잡하게하지 않도록 오버랩 농도를 유지한다고 말합니다. "이 연구를 통해 화학 엔지니어들은 폴리머 상호 작용이 어떻게 겔 구조를 변화시키는 지 이해하고 상대적으로 낮은 폴리머 농도에서 어떻게 이러한 구조에 접근 할 수 있는지 이해하기 시작할 수 있습니다. 연구팀은이 고분자 하이드로 겔 지지대의 겔화를 측정하기 위해 다중 입자 추적 마이크로 레올 로지 (MPT)라는 기술을 사용했다. 이 기술은 비디오 현미경을 사용하여 임베디드 프로브 입자의 열 운동을 포착합니다. 열 운동으로부터 재료 특성을 결정할 수 있습니다. 분석 기술, 시간 - 경화 중첩과 함께 MPT를 사용 하여 겔 점에서 재료 의 겔화 시간 및 구조 

 

더 많은 정보 : Matthew D. Wehrman et al. 유위 농도, AIChE 저널 (2017) 위에 농축 된 단계 및 사슬 성장 겔의 유변학 적 성질 및 구조 . DOI : 10.1002 / aic.16062 제공 : Lehigh University 

https://phys.org/news/2018-11-closer-demand-scaffolds-tissue-regeneration.html

 

 

 

 

 

 

 

.과학으로서의 양자 도약은 킬로그램을 재정의합니다

 

 

2018 년 11 월 12 일, Patrick Galey 이제 과학자들은 질량을 대체하기 위해 필요한 양의 에너지를 측정 할 수 있습니다. 이제 과학자들은 질량을 대체하기 위해 필요한 양의 에너지를 측정하여 킬로그램에 대한 계산을 대단히 정확하게 만듭니다.

 

파리의 서쪽에있는 무화과 나무 줄무늬 숲 가운데 공작원의 유쾌한 궁전 아래에있는 금고에 봉인 된 것은 세계의 무게를 결정 짓는 사과만한 크기의 물건을두고 있습니다. 프랑스 혁명에 뒤이어 과학적이고 정치적인 격변을 배경으로 만들어 졌던 백금 - 이리듐 합금의 작은 실린더는 130 년 동안 거의 틀림없이 평평하게 놓여져 있습니다. 정확히 1 킬로그램의 세계 벤치 마크였습니다. 킬로그램의 국제 프로토 타입, 또는 "Le Grand K"는 과학적으로 가장 신성한 유물 중 하나이며, 다른 모든 무게를 비교하는 아날로그와 자유의 시대를 수반하는 미터법의 토템입니다. 평등 및 형제애. 사실 1868 년 이래로 4 번 무게가 나가고 파빌리온 데 브레 스테이 일 (Pavillion de Breteuil)에 거주하는 방은 보안상의 이유로 국적이 다른 3 명의 생체 열쇠 보유자가 자물쇠를 열어야 만 열릴 수 있습니다. 동시에. 그러나 아직 일이 끝나고 있습니다. 이번 주에 세계의 수많은 과학자들이 제 26 차 무게 및 측정 총회를 위해 베르사 대성당 (Versailles Palace)의 풍요 로움에 모일 것입니다. "모든 연령층, 모든 사람들에게"라는 미터법의 창립 약속을 뒤늦게 연기 한 끝에 Grand K를 자연의 양자 법칙을 사용하여 킬로그램을 정의하는 보편적 인 공식으로 바꿀 것입니다. "킬로그램은 물리적 인 물체를 기반으로하는 마지막 측정 단위입니다."라고 프랑스 국립 도량 검사 학회 (National Metrology and Testing)의 토마스 그레 옹 (Thomas Grenon) 소장은 말했다. "문제는 그것이 삶에 영향을 미친다는 것이고, 오늘날 우리가 필요로하는 수준의 정확성을 감안할 때 충분하지 않다"고 말했다. 잠시 뭐가 있니? 미터법 시스템의 채택으로 18 세기 후반의 과학자들은 거리, 시간, 전기 프로세스 및 질량 을 표현한 단일 구조물을 유사하고 이동 가능한 측정 단위 로 체계화해야했습니다 . 킬로그램의 무게는 얼마입니까?

 

 

 

킬로그램은 1889 년 프랑스 파리 근처의 무게와 Meausres의 국제 사무국에서 발표 된 백금과 이리듐의 실린더 인 "그랜드 K"의 질량과 같습니다.

 

그들은 미터를 지구의 4 분의 1 천만 분의 1을 파리를 통해 자연스럽게 운행하는 것으로 정의했습니다. BIPM의 측정 시스템 책임자 인 마틴 밀턴 (Martin Milton)은 "우리가 지금 되돌아보고 그들이 수행 한 프로세스가 꽤 좋았다고 말하면, 오늘날과 크게 다르지 않을 것"이라고 말했다. 미터기는 차례로 질량을 정의하는 데 사용되었습니다. 그러나 무게가 10cm × 10cm × 10cm 인 입방체 데시 미터 (10cm x 10cm x 10cm)를 이제는 킬로그램이라고합니다. 그러나 과학은 혁명 이래로 계속 움직이고 있습니다. 이제 미터는 몇 초 동안 진공 상태에서 빛이 얼마나 멀리 이동하는지에 따라 정의됩니다. 두 번째 자체는 지구의 회전과 관련하여 표현되는 데 사용되었습니다. 그러나 1960 년대 이래로, 그것은 공식적으로 세슘 -133 원자가 9,192,631,770 회 흔들 리게되는 시간이었습니다. 단 하나의 물리적 인 물체의 질량과 관계없이, 킬로그램은 플랑크 상수 (빛의 주파수가 양자의 에너지를 같은 주파수로 전달할 수있는 비율, 즉 6.626 x 10-34 joule 초)로 정의됩니다. . Einstein이 그의 방정식 E = mc2로 증명했듯이, 에너지는 질량과 본질적으로 연결되어있다. 플랑크 상수는 전력 생성을 허용하는 두 개의 양자 현상과 결합되어이를 대체하는 데 필요한 동등한 기계력을 기반으로 질량을 계산할 수 있습니다. "당신은 질량을 누르면, 당신이 필요로하는 전력은 그 질량에 따라 달라집니다. 그리고 당신이 그 힘을 기반으로 완전히 수 전력 우리의 양자 상수에 의해 제공"밀턴은 AFP에 말했다. 이 접근 방식을지지하는 사람들은 물리적 인 인공물보다 적어도 100 만 배는 더 안정적 일 것이며 미래에는 실용적인 응용 범위를 가질 것이라고 말한다. 킬로그램의 물리적 인 물체는 곧 양자 계산으로 대체 될 것이지만 인공물은 아직 완성되지 않았다.

 

 

 

킬로그램의 물리적 인 물체는 곧 양자 계산으로 대체 될 것이지만 인공물은 아직 과학에 대한 봉사를 끝내지 못했다.

 

 

밀턴은 "많은 응용 분야에서 1 킬로그램이 매우 큰 질량입니다. 제약 및 화학 제품 생산의 발전은 의약품의 성분이 점점 더 마이크로 그램으로 측정되고 점점 더 정확 해지고 있습니다. "1 킬로는 정확성이별로 필요하지 않은 감자에 좋지만 과학 및 산업 분야에서 많은 응용 분야에 적합한 무게는 아닙니다. 새로운 시스템은 무한히 확장 가능합니다." '함께하는 국가' 과학자들은 베르사유 정상 회담을 사용하여 암페어 (전류), 켈빈 (온도) 및 몰 (원자)가 어떻게 정의되는지를 변경합니다. 모두 자연의 보편적 법칙을 통해 표현됩니다. 밀턴은이 결정은 설탕, 물 또는 정확한 양자 비율의 가방 일뿐, 정확히 1 킬로그램이 무엇인지에 대해 세계가 항상 동의한다는 것을 보장하는 방법이라고 말했다. "우리는 다자주의에 대한 추진이 중단되고 역전 될 가능성이있는 사람들을 우려하는 세계에있다. 그러나 여기서 측정 과학에서는 국가들이 진정으로 동의해야한다"고 그는 말했다. 르 그랑 K는 완벽한 킬로그램으로서 그 유용성을 오래 살았지 만 과학에 대한 기여는 끝나지 않았습니다. 밀턴은 "1889 년 이래로 이곳이 금고에 보관 될 것입니다. 그는 "실제로 장기간의 실험이다. 왜냐하면 우리는 수십 년 동안 그것이 조건에 어떻게 반응 하는지를 알아보기 위해 무게를 달아서 과학에 관심의 대상이되고있다." 

 

https://phys.org/news/2018-11-quantum-mass-science-redefines-kilogramme.html

 

A&B, study(egg mainhotspot project)

B/http://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
A/https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0

 

 

 

 

.통합 이론은 좌절 된 자석의 두 가지 특징을 설명합니다/A&B/Unified theory

 

 

 

 

2018 년 11 월 12 일, 오키나와 과학 기술 연구소 , 왼쪽 패널 : 보존 법을 위반 (위 패널)하고 위반 (위 패널)하는 스핀 (원자 자석) 구성. 오른쪽 패널 : 두 가지 상황에 해당하는 중성자 산란 : 중성자 산란 패턴의 3D 구조 (중간 패널) 및 핀치 포인트 (하단 패널) 및 하프 문 (상단 패널)의 일정한 에너지 단면적. 두 패턴은 왼쪽의 두 스핀 구성에 해당합니다. 신용 : 양자 단위 이론

 

 

처음으로 물리학 자들은 좌절 된 자석의 두 가지 특징을 설명하는 통일 이론을 제시하며, 종종 함께 볼 수있는 이유를 제시합니다. 물리학 자들이 좌절 된 자석을 통해 중성자를 쏘아 올리면, 입자들은 서명 패턴으로 상대방을 분사합니다. 디자인은 저온에서도 좌절 된 금속의 원자들이 시간이 지남에 따라 진동하기 때문에 나타납니다. "꼬집음 지점 (pinch point)"으로 알려진 하나의 특징적인 패턴은 나비 넥타이와 유사하며 스핀 액체의 세계에서 널리 연구되고 있습니다. 핀치 포인트는 종종 "반달 (半月)"이라고 불리는 신비한 초승달 모양을 동반하지만 현상을 연결하는 물리학은 결코 밝혀지지 않았습니다. 이제 오키나와 과학 기술 대학교 대학원 (OIST)의 연구원들은 핀치 포인트와 반달이 서로 다른 에너지 레벨에서 동일한 물리학의 동일하고 간단한 서명이라는 사실을 밝혀 냈습니다. Physical Review B Rapid Communication 이라는 2018 년 10 월 12 일에 발표 된 그들의 통일 이론 은 자주 짝을 이루는 현상을 일으키는 기본 물리학을 처음으로 설명합니다. "이론 자체는 간단합니다."라고 OIST Quantum Matter Unit의 대학원생이자 연구의 첫 번째 저자 인 Han Yan은 말했다. "더 낮은 에너지에서의 핀치 포인트를 제공하는 동일한 이론으로부터, 더 높은 에너지에서 일어나는 일을 계산할 수 있습니다. 그러면 한 쌍의 반달을 얻을 수 있습니다." 좌절 된 자석 가까이를 확대하면 재료를 구성하는 각 원자가 불규칙적으로 회전하는 것처럼 보입니다. 그러나 현실적으로이 원자들은 아름답게 조율 된 춤에 참여하고, 시간이 지나면 자기장이 궁극적으로 상쇄된다. 이 발레단은 직접 관찰하기가 어렵 기 때문에 대신 물리 학자들은 공연이 진행되고 있음을 안내하는 단서를 찾습니다. 중성자 산란 (neutralron scattering)이라고 불리는 실험적 기술로 과학자들은 이러한 단서를 수집 할 수 있습니다. 중성자는 전하를 띠지 않지만 국부적 인 자기장 역할을합니다 . 개별 원자는 또한 작은 자석으로 작용하여 북극과 남극을 완성합니다. 물질을 통해 윙윙 거릴 때, 중성자의 속도와 방향은 통과하는 원자에 의해 버려지고 따라서 "흩어져있다". 산란의 패턴은 원자가 물질 내부에서 어떻게 행동 하는지를 물리학 자에게 알려줍니다. 예를 들어, 중성자가 헬터 - 스케일러를 산란 시키면, 물리학 자들은 물질 내의 원자가 무작위로 정렬된다고 추론한다. 중성자가 각인 된 나비 넥타이 에 흩어지면, 그들은 좌절 한 자석에서와 같이 원자 들이 일렬로 빙빙 돌리고 있다고 추론합니다 . 핀치 포인트는 동등한 개수의 원자 자석 또는 "회전"이 좌절 된 자석의 모든 영역에서 "안으로"향하는 것처럼 "밖으로"향하고있을 때 나타납니다. 이 평형은 비자 성 재료를 렌더링하고 최소한의 에너지 수준으로 유지합니다. 절반 자석은 좌절 된 자석이이 최소 레벨을 초과하는 에너지를 가지고있을 때 나타나며, 따라서 동등한 수의 회전이 필요하다는 현지 보호법에 위배됩니다. 본질적으로 반달은 곡선에 설정된 핀치 포인트입니다. 곡률이 클수록 위반이 강할수록 시스템에서 사용하는 에너지가 많아집니다. OIST의 연구자들은이 관계를 계산에서 밝히고 나중에 테스트에 적용했습니다. 연구자들은 kagome 격자상의 Heisenberg 반 강자성 자석으로 알려진 핀치 포인트와 반달이 함께 관찰 될 수있는 시뮬레이션 시스템에서 통합 이론을 테스트했습니다. 그들은 또한 좌절 된 자석 Nd2Zr2O7의 최근 관측에 그들의 방정식을 적용했고, 그들의 이론이 적용의 두 패턴의 출현을 설명한다는 것을 발견했다. "핀치 포인트 (pinch point)와 반달 (half moon)은 지역 보전법을 존중하는 것과 물리 공격을 금지하는 것과 같은 기본적인 물리학에서 나온 것이다. "당신이 그들을 결합하면, 그들은 전반적인 현상학의 전체 그림을 형성합니다." 미래에 반달과 핀치 포인트에 대한 통일 이론 은 이론 물리학과 응용 물리학 모두에서 유용 할 것입니다. Yan은 "특정 관점에서 각 응축 물질 시스템은 그 자체가 다른 우주입니다. "자연의 이상한 법칙으로이 우주를 발견하는 것은 지적 호기심이지만 일상 생활과 관련이 있습니다. 사람들은이 작은 우주에서 특히 유용한 법을 알아 내려고 노력합니다. " 추가 정보 : 피크에 액체를 스핀합니다 .

 

 

 

자세한 정보 : Han Yan et al. 하프 달은 분산이있는 핀치 포인트이며, Physical Review B (2018)입니다. DOI : 10.1103 / PhysRevB.98.140402 저널 참조 : 물리적 검토 B :에서 제공하는 과학 기술의 오키나와 연구소

https://phys.org/news/2018-11-theory-characteristic-features-frustrated-magnets.html