과학자들은 가시 광선을 적외선으로 변환시키는 새로운 과정을 발견

.브렉시트 합의안 부결에 침통해하는 메이 총리

(런던 EPA=연합뉴스) 브렉시트(Brexit) 합의안이 15일(현지시간) 영국 하원에서 실시된 승인투표 결과 찬성 202표, 반대 432표로 부결되자 테리사 메이 총리가 침통한 표정을 짓고 있다. ymarshal@yna.co.kr

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임희숙 이별의 흔적

.과학자들은 가시 광선을 적외선으로 변환시키는 새로운 과정을 발견했습니다

2019 년 1 월 16 일, 콜롬비아 대학 ,보이지 않는 적외선 광자에 의해 구동되는 수십억 개의 분자 전구가 가시 광선을 생성합니다. 크레딧 : Melissa Ann Ashley

하버드 대학의 연구자들과 공동으로 컬럼비아 대학의 과학자들은 적외선 에너지를 가시 광선으로 변환하는 화학 공정을 개발하는데 성공하여 고밀도 광선에 의한 손상없이 무해한 방사선이 살아있는 조직과 다른 물질에 침투 할 수있게했다. 그들의 연구는 Nature 의 1 월 17 일자 호에 실렸다 . "우리가 일반적으로 고 에너지를 필요로 복잡한 화학 변환, 눈에 보이는 일련의 수행 할 수 있었기 때문에 이번 연구 결과는 흥미로운 빛을 비 침습적, 적외선 광원을 사용하여,"토미 슬라브 Rovis, 컬럼비아에서 화학 교수와의 공동 저자는 말했다 연구. 예를 들어,이 연구는 암을 관리 할 수있는 잠재력이 아직 실현되지 않은 광 역학 요법 의 범위와 효과를 향상시킬 수 있는 가능성을 보여주고있다 "고 말했다. 컬럼비아 대학의 화학 공학 부교수 인 Luis M. Campos와 하버드 대학의 Rowland Institute의 Daniel M. Congreve는 빛에 자극을 받아서 소량의 새로운 화합물을 사용하여 일련의 실험을 수행했다. 그렇지 않으면 천천히 반응하거나 전혀 반응하지 않는 분자들 사이에서 전자의 전달을 중재한다. 삼중 항 융합 상향 변환 (triplet fusion upconversion)으로 알려진 이들의 접근 방식은 기본적으로 두 개의 적외선 광자를 하나의 가시 광선 광자로 융합하는 일련의 과정을 포함합니다. 대부분의 기술은 가시광만을 포착하므로 나머지 태양 스펙트럼은 낭비됩니다. 삼중 항 (triplet) 융합 상향 변환은 저에너지 적외선을 수확하여 태양 전지 패널에 흡수 된 빛으로 변환합니다. 가시 광선 또한 많은 표면에서 쉽게 반사되는 반면, 적외선 광선은 고밀도 물질을 투과 할 수있는 더 긴 파장을 갖습니다. "이 기술을 통해 적외선을 필요한 파장으로 미세 조정할 수 있었기 때문에 종이, 플라스틱 몰드, 혈액 및 조직과 같은 광범위한 장벽을 비 침습적으로 통과 할 수있었습니다. 연구진은 플라스크를 감싸는 두 개의 베이컨 스트립을 통해 빛을 발산하기까지했다. 과학자들은 내부 장기 나 건강한 조직에 손상을주지 않으면 서 가시 광선 을 피부와 혈액에 침투 시키는 방법에 대한 문제를 오랫동안 해왔습니다 . 일부 암 치료에 사용되는 PDT (Photodynamic therapy)는 빛에 의해 유발되어 암 세포의 성장을 억제하거나 억제 할 수있는 고도의 반응성 산소를 생산하는 광 증감 제 (photodensitizer)라고 불리는 특수 약물을 사용합니다. 현재의 광 역학 요법은 국소 암 또는 표면 암의 치료에 국한되어 있습니다. "이 신기술은 PDT를 이전에는 접근 할 수 없었던 신체 부위로 가져올 수있었습니다."라고 Rovis는 말했습니다. "전신에 악성 세포와 건강한 세포의 죽음을 초래하는 약물을 중독시키는 대신, 적외선과 결합 된 비 독성 약물이 선택적으로 종양 부위를 표적화하여 암 세포를 조사 할 수 있습니다." 이 기술은 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다. 적외선 광선 요법은 외상성 뇌 손상 , 손상된 신경 및 척수, 청력 상실 및 암 과 같은 여러 가지 질병 및 상태를 치료하는데 도움이 될 수 있습니다 . 다른 잠재적 인 응용 분야로는 화학 저장 태양 에너지 생산 및 데이터 저장, 약물 개발, 센서, 식품 안전 방법, 성형 가능한 뼈 모방 복합 재료 및 가공 마이크로 전자 부품의 원격 관리가 포함됩니다. 연구진은 현재 생물 시스템에서 추가로 광자 변환 기술을 테스트하고있다. "이것은 생명체와 빛의 상호 작용 방식을 변화시킬 수있는 전례없는 기회를 열었습니다."라고 Campos는 말했습니다. "사실, 지금 우리는 약물 전달과 약물 전달 기술을 사용하고 있습니다."

추가 정보 : 금속 유기 골격에서의 상향 변환 형광 자세한 정보 : Benjamin D. Ravetz 외, 삼중 항 융합 상향 변환을 통한 적외선을 사용한 Photoredox 촉매 작용, Nature (2019). DOI : 10.1038 / s41586-018-0835-2 저널 참조 : 자연 제공 : Columbia University

https://phys.org/news/2019-01-scientists-visible-infrared.html#nRlv

.간단한 규칙은 생물학적 상호주의를 예측하고 설명한다

2019 년 1 월 16 일, 듀크 대학교 식물 크레딧 : CC0 공개 도메인

과학자들은 뉴턴의 제 2 운동 법칙에서부터 열역학 법칙에 이르기까지 물리적 세계를 설명하는 데 도움이되는 비교적 간단한 지침을 오래 동안 사용해 왔습니다. 이제 듀크 대학 (Duke University)의 생물 의학 엔지니어는 복잡한 생물학을위한 간단한 규칙을 만들기 위해 동적 모델링과 기계 학습을 사용했습니다. 그들은 인간의 장내 박테리아, 식물 및 수분 매개자, 또는 조류와 산호와 같은 상호 유익한 생물학적 시스템의 행동을 정확하게 해석하고 예측하기위한 틀을 고안해 냈습니다. 이 연구는 2019 년 1 월 16 일 Nature Communications 지에 게재 됩니다. "완벽한 세계에서, 모든 생물학적 시스템 이 어떻게 작동 하는지를 이해하기 위해 분자 규칙의 간단한 세트를 따라갈 수 있습니다 ."라고 Duke 's Biomedical Engineering의 교수 인 Lingchong You는 말했습니다. "그러나 실제로 생물학적 시스템의 엄청난 다양성과 복잡성을 포괄하는 일반적인 규칙을 수립하는 것은 어렵다. 우리가 일반 규칙을 수립 할 때에도 다양한 물리적 특성을 설명하고 정량화하기 위해 사용하는 것은 여전히 어렵다." 당신과 Feilun 우, 대학원생과 논문의 첫 번째 저자는 mutualistic 시스템의 동작을 검토하여 이러한 과제를 해결했습니다. 이러한 공생 시스템은 모나크 나비와 유 식물과 같은 상호 이익을 제공하는 두 개 이상의 개체군으로 구성됩니다. 어떤 조건 하에서는 상호 주의적 체계가 붕괴되어 엄청난 생태적 결과를 가져올 수 있습니다. Wu는 부정적인 결과를 정확하게 예측하고 방지 할 수있는 프레임 워크를 개발하고 새로운 합성 mutualistic 시스템의 설계를 안내하기를 원했습니다. "이러한 시스템은 매우 다양했기 때문에 이전의 프레임 워크는 식물 수분제 또는 종자 분산 네트워크와 같은 특정 상호 시스템에만 적용 할 수 있거나 너무 일반적이어서 시스템을 공존시킬 수있는 조건 사이의 미세한 선을 기술하지 않았습니다 시스템을 무너 뜨리는 것 "이라고 우는 말했다. Wu는 상호 의존적 인 시스템에 대해 통일 된 정량적 가이드 라인이 존재 하는지를 조사하기 위해 상호 시스템의 다양성을 포착하는 52 개의 미분 방정식 모델을 체계적으로 연구했다. 이러한 시스템은 동일한 기본 구조를 공유합니다. 집단 이익이 집단 스트레스보다 클 때, 인구는 공존 할 수 있습니다. 스트레스가 집단적 이익보다 크면 시스템이 붕괴 될 것입니다. 시스템에서 스트레스를 측정하는 것은 상대적으로 쉽지만 비용, 개별 이익 및 기타 시스템 복잡성과 같은 변수의 함수 인 집단 이익을 측정하는 것이 더 복잡합니다. 당신과 그의 팀은 집단 이익을 측정하려고 시도하는 것이 측정에 사용할 수있는 복잡한 기준으로 인해 병목 현상이되어 다른 상호 시스템에 적용 할 때 훨씬 더 어려워졌습니다. 대신 팀 은 온도, pH 및 유전학과 같이 비교적 쉽게 수집 할 수있는 몇 가지 변수를 사용하여 집단 이익 을 결정하는 기계 학습 알고리즘을 개발했습니다 . 이 접근 방식은 다양한 상호 시스템에 적용 할 수있는 단순화 된 메트릭을 가져 왔습니다. 지침을 테스트하기 위해 팀 은 세 가지 상호 주의적 세균 시스템과 시뮬레이션 데이터의 실험 데이터 를 사용 하여 프레임 워크가 시스템이 공존하거나 붕괴할지 여부를 일관되고 정확하게 예측할 수 있음을 보여주었습니다. 그들의 규칙은 또한 공존, 저항 및 전체 인구 밀도의 확률을 포함하여 양적 정보를 예측할 수 있습니다. 팀은 그들의 연구가 비 - 상호 주의적 생물 시스템에도 적용될 수 있다고 낙관하고 있습니다. 예를 들어 항생제 내성과 항생제가 지속되거나 사라지게하는 조건을 조사하기 위해 전략을 사용하는 것이 좋습니다. "우리가 의학이나 생물 의학 공학 을 전공 할 때 공부하는 공동체의 상호 작용을 이해하기 위해서는 어느 정도의 단순화가 필요합니다." "우리의 절차는 명백하게 다양한 생물학적 시스템 사이에 공통점이 있음을 보여 주었으며, 이는 우리가 연구를 주도 할 수있는 예측을 내리는 데 필수적입니다." 연구원으로는 Duke 생물학의 Charlotte Lee와 통계 과학, 수학, 컴퓨터 과학, 생물 정보학 및 생물 통계학의 Sanyan Mukherjee, All You Loopkin 및 Daniel Needs가 있습니다.

더 알아보기 : 새로운 전환점 예측 모델은 꿀벌의 식민지 감소에 대한 통찰력을 제공합니다. 더 자세한 정보 : "Mutualistic Systems 해석 및 예측을위한 통합 프레임 워크", Feilun Wu, Allison Lopatkin, Daniel Needs, Charlotte Lee, Sayan Mukherjee, Lingchong You. Nature Communications , 2019 년 1 월 16 일. DOI : 10.1038 / s41467-018-08188-5 저널 참고 자료 : Nature Communications Duke University 제공 : 듀크 대학교

https://phys.org/news/2019-01-simple-biological-mutualism.html#nRlv

.super-chilled helium의 새로운 양자 구조는 초기 우주를 반영 할 수있다

2019 년 1 월 16 일, 알토 대학 , 액체 헬륨의 스핀 벡터가 하프 양자 소용돌이를 형성 할 때 나타냅니다. 크레딧 : Ella Maru Studios

연구자들은 처음으로 초 유체 헬륨 3에서 '끈으로 묶인 벽'에 대한 오랜 예측 된 결과를 문서화했다. 원래 우주론 이론가들에 의해 예견된 그러한 대상물의 존재는 빅뱅 이후에 우주가 어떻게 냉각되었는지를 설명하는데 도움이 될 수있다. 실험실에서 이러한 구조를 재현 할 수있는 새로운 기능으로 인해 지구 기반 과학자들은 마침내 초기 우주에서보다 밀접하게 일어 났을 수있는 가능한 시나리오 중 일부를 연구 할 수있는 방법을 갖게되었습니다. 1 월 16 일 Nature Communications 에서 발표 된 연구 결과 는 Aalto University의 저온 실험실에서 연속적인 대칭 파괴 상 전환 을 거친 후 나온 것 입니다. 헬륨은 절대 영도까지 냉각해도 대기압 에서 액체 상태로 유지되며 , 다른 모든 물질은 견고합니다. 헬륨은 극저온에서 유체로 유지 될뿐만 아니라 충분히 낮은 온도에서 초 유체가됩니다. 초 유체 재료는 점도가 거의 없으므로 에너지를 잃지 않고 영원히 흐르게됩니다. 나노 구조의 체적에 국한되어 연구원은 헬륨 흐름의 양이 양자 물리학의 규칙에 의해 엄격하게 제어되는 초 유체에서 반 양자 과도 (half-quantum vortices)와 같은 효과를 연구하기 위해 동위 원소 헬륨 -3의 초 유체 단계를 사용할 수 있습니다. "우리는 초기에 하프 퀀텀 소용돌이가 온도를 낮출 때 사라질 것이라고 생각했는데 헬륨 3 샘플이 반 밀리 케빈 이하로 냉각됨에 따라 [절반 양자 덩어리]가 실제로 생존 한 것으로 나타났습니다. 대신 비 토폴로지 벽이 나타났습니다. "라고 알토 대학의 연구 및 박사 과정 학생 인 Jere Mäkinen은 말합니다. 흐름을 차단하는 물리적 인 벽은 아니지만 비 토폴로지 벽은 헬륨의 자기 적 특성을 변화시킵니다. 연구진은 핵 자기 공명을 사용하여 변화를 감지 할 수 있었다. 빅뱅 이후 처음 몇 마이크로 초 동안 몇몇 우주 론자들은 전체 우주가 차가울 때 나노 구조의 체적 내부의 초 유체와 같이 대칭 파괴 상전이를 경험했다고 믿습니다. 이론은 우주가 확장됨에 따라 울트라 응축 우주에서의 도메인 벽 및 양자 소용돌이와 같은 양자 변동 또는 위상 학적 결함 이 고정되어 있음을 설명합니다. 시간이 지남에 따라 이러한 동요 된 변동은 오늘날 우리가보고 사는 은하가되었습니다. 실험실에서 이러한 물체를 만들 수 있다면 우리는 우주에 대해 더 많이 이해할 수 있으며 그것이 우주에서 어떻게 형성되었는지에 대해서도 이해할 수 있습니다. 보너스로, 실험실에서 생성 된 이러한 허리케인과 같은 결함의 구조는 위상 양자 컴퓨팅 연구를위한 잠재적 인 모델을 제공합니다. "액체 헬륨 3은 작동하는 컴퓨터의 재료로 유지하기에는 너무 단단하고 비싸지 만 더 접근이 용이 한 미래의 재료에 사용될 수있는 현상을 연구하는 작업 모델을 제공합니다." 새로운 연구의 공동 저자 인 Grigori Volovik 명예 교수는 1970 년대에 Mineev 부원장과 함께 하프 퀀텀 소용돌이를 처음 예측했습니다. 그들은 2016 년 Aalto Low Temperature Lab의 헬륨 초 유체 에서 처음 관찰되었습니다 .

추가 탐구 : 연구원은 초 유체에서 도비적인 반 양자 소용돌이를 발견했습니다. 더 자세한 정보 : JT Mäkinen 외, topological superfluid 3He, Nature Communications (2019) 의 극 - 왜곡 단계에서 현에 의해 한정된 하프 - 양자 양자 선 및 벽 . DOI : 10.1038 / s41467-018-08204-8 저널 참고 자료 : Nature Communications 제공 : Aalto University

https://phys.org/news/2019-01-quantum-super-chilled-helium-mirror-early.html

.메커니즘은 귀의 절묘한 감도를 설명하는 데 도움이됩니다

2019 년 1 월 16 일 David L. Chandler, Massachusetts Institute of Technology 광학 현미경을 통해 찍은이 이미지는 tectorial membrane의 횡단면을 보여주는데, 이는 귓바퀴의 작은 털의 꼭대기에있는 젤라틴 구조입니다. 신용 : Jonathan Sellon, MIT micromechanics 그룹

인간의 귀는 다른 포유류와 마찬가지로 너무나 민감하여 원자의 너비보다 작은 소리로 움직이는 고주파의 진동을 감지 할 수 있습니다. 이제 MIT의 연구자들은 귀가 희미한 소리를 들려주는이 놀라운 능력을 달성하는 방법에 대한 중요한 새로운 세부 사항을 발견했습니다. 새로운 발견은 예를 들어 우리의 귀가 터치 감각을 통해 감지 할 수있는 것보다 훨씬 덜 강렬한 진동을 감지 하는 방법을 설명하는 데 도움이 됩니다. 그 결과는 과학자이자 수석 저자 인 Jonathan Sellon, 수석 과학자 인 Dennis Freeman, 방문 과학자 Roozbeh Ghaffari 및 MIT의 Grodzinsky 그룹 구성원을 방문하여 논문에서 Journal Physical Review Letters 에 실렸다. 귀의 감도와 선택성 (소리의 다른 주파수를 구별 할 수있는 능력)은 프리머 (Freeman)와 그의 학생들이 10 년 이상 공부해온 tectorial membrane이라고 불리는 내면의 소소한 젤라틴 구조의 행동에 결정적으로 달려 있습니다. 이제 그들은 겔 멤브레인이 우리의 청각에주는 방식이 그 멤브레인의 나노 스케일 기공의 크기, 강성 및 분포, 그리고 나노 기공이 겔 내의 물의 움직임을 제어하는 방식과 관련이 있음을 발견했습니다. tectorial 막은 내 귓속을 달고있는 작은 머리카락이나 달팽이관 위에 있습니다. 이러한 감각 수용기는 단단히 말린 구조의 길이를 따라 진행하면서 서로 다른 주파수의 소리에 민감한 다발로 배열됩니다. 그 모발의 팁이 성 막에 묻혀 있다는 사실은 그 행동이 머리카락이 소리에 반응하는 방식에 강하게 영향을 준다는 것을 의미합니다. Freeman은 "기계적으로 젤 오 (Jell-O)입니다."라고 말하면서, 머리카락보다 얇은 작은 막 (tectorial membrane)을 묘사합니다. 본질적으로 물로 만든 포화 된 스폰지 같은 구조이지만 "가능한 한 열심히 짜내면 물을 얻을 수 없으며 정전기력에 의해 결합됩니다."라고 그는 설명합니다. 그러나 연골, 엘라스틴 및 힘줄을 포함하여 몸에 많은 젤 기반 물질이 있지만, 각막은 다른 일련의 유전 적 지침으로부터 발전합니다. 구조의 목적은 당초 퍼즐이었습니다. "왜 그걸 원할거야?" 셀론이 말한다. 민감한 사운드 픽업 구조의 꼭대기에 앉아서 "대부분의 종류의 마이크를 울리지 않는 것"이라고 그는 말합니다. "그러나 그것은 청각에 필수적입니다."그리고 유전자 변형으로 인한 구조의 결함은 사람의 청력을 현저하게 저하시킬 수 있습니다.

이 다이어그램은 tectorial membrane이 어떻게 청력을 향상시키는지를 보여줍니다. 상단과 하단의 피스톤은 미세한 털 (상단의 틈에 검은 구조로 묘사 된 움직이는 소리)의 번들을 발생시키는 내부 소리의 유체 압력 변화를 보여줍니다. 팀이 연구 한 특이한 성질을 가진 tectorial 멤브레인은 그레이 쉐이드 구조를 띄고있다. 학점 : MIT micromechanics group

미세 구조에 대한 세부적인 시험을 한 후에 팀은 그 내부의 기공의 크기와 배열, 그리고 그 특성이 진동에 반응하여 기공 사이에서 겔 내에서 앞뒤로 움직이는 방식에 영향을 미치는 방식으로 전체 시스템의 반응을 확인했습니다 매우 선택적. 귀에 들어오는 가장 높은 톤과 가장 낮은 톤은 모두 중간 주파수가 더욱 강하게 증폭되는 동안 접촉면에 의해 제공되는 증폭의 영향을 덜받습니다. "가장 필요한 사운드를 증폭하기 위해 필요한 신호를 얻는 것이 맞습니다."라고 Sellon은 말합니다. 연구진은 tectorial membrane의 구조가 고체처럼 보이지만 액체처럼 행동한다고 발견했다. Freeman은 그것이 대부분 액체로 구성되어 있기 때문에 의미가 있다고 말한다. "우리가 발견 한 것은 tectorial membrane이 우리가 생각한 것보다 덜 견고하다는 것입니다." 팀이 예상하지 못했던 핵심 발견은 "중간 주파수의 경우 구조 가 액체처럼 움직이지만 고주파와 저주파수의 경우 구조 는 단단한 것"이라고 말했다. 연구자들은 이러한 메커니즘에 대한 더 나은 이해가 다양한 인공 청각 장애와 같은 기계적 보조 장치 나 나노 기공을 변화시킬 수있는 의약품 또는 약물의 특성과 같은 의료 개입을 통해 다양한 종류의 청력 손상을 방해 할 수있는 방법을 고안하는 데 도움이되기를 희망합니다. tectorial membrane의 유체. "청력 기능에있어 모공의 크기가 중요하다면 할 수있는 일이 있습니다"라고 Freeman은 말합니다. "이것은 정말 훌륭한 작품입니다."John S. Oghalai 교수와 교수는 말한다. 이 연구와 관련이없는 남부 캘리포니아 대학의 이비인후과학과 "내이의 나노 구조물의 기계적 성질은 공부를하지만, 청각에 매우 중요하기가 매우 어렵습니다.이 연구에서 저자는 tectorial 내에서 단백질을 보여 막 사이 산재 유체는 '조정.' 이것은 결국 각 유모 세포가 올바른 빈도로 어떻게 자극되는지 설명 할 수 있습니다. " 오 할라이 (Oghalai)는 "이 연구는 최고 수준의 연구이며, 훌륭한 실험을 수행했을뿐만 아니라 데이터가 수학적으로 모델링되어 그 의미에 대한 깊은 이해를 이끌어 냈습니다." 연구가 끝나기 전에해야 할 일 중 하나는 이러한 검사가 절제 된 조직에서 이루어 졌기 때문에 "이 발견이 살아있는 동물의 정상적인 내이와 관련이 있는지 여부를 확인해야한다"고 그는 말했다.

더 자세히 살펴보기 : Nanopores는 단일 목소리로 조정할 수있는 능력을 뒷받침합니다. 더 많은 정보 : Jonathan B. Sellon et al. tectorial 멤브레인의 nanoscale poroelasticity는 헤어 번들의 처짐을 결정합니다. Phys. Lett. 언론에. 저널 참조 : Physical Review Letters 제공 : Massachusetts Institute of Technology

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