Fotosinteza, kemijska reakcija koja omogućuje gotovo sav život na Zemlji, izuzetno je neučinkovita u hvatanju energije: samo 1 % svjetlosne energije koju biljka apsorbira pretvara se u energiju unutar biljke. Zbog toga bioinženjeri Kalifornijskog sveučilišta u Riversideu i Sveučilišta Washington u St. Louisu predlažu radikalnu novu metodu proizvodnje hrane koju nazivaju "elektro poljoprivredom". Njihova metoda, predstavljena u časopisu Joule, zamjenjuje fotosintezu kemijskom reakcijom također na solarni pogon i učinkovito pretvara CO₂ u organsku molekulu koju bi biljke genetski modificirale u hranu. Istraživači procjenjuju da bi se tako količina zemlje potrebne za poljoprivredu smanjila za 94 %, a metoda bi se, tvrde, mogla koristiti i za uzgoj hrane u svemiru.

Elektro poljoprivreda bi značila zamjenu poljoprivrednih polja višekatnicama. Solarni paneli na zgradama ili u njihovoj blizini apsorbirali bi sunčevo zračenje, a ta bi energija pokretala kemijsku reakciju između CO2 i vode za proizvodnju acetata koji bi se koristio za hranjenje hidroponski uzgajanih biljaka. Metoda bi se mogla iskoristiti i za uzgoj drugih organizama za proizvodnju hrane, budući da acetat prirodno koriste gljive, kvasci i alge.

Početna istraživanja usmjerena su na rajčice i zelenu salatu, a u sljedećoj fazi ispitat će se i mogućnosti uzgoja visokokaloričnih osnovnih usjeva: žitarica i slatkog krumpira. Trenutačno su uspjeli uzgojiti biljke koje koriste acetat uz fotosintezu, ali u konačnici žele dobiti biljke koje svu potrebnu energiju mogu dobiti iz acetata, što znači da im ne treba nikakvo svjetlo.

Alat s Ruđera za učinkovitije terapije karcinoma prostate

Multidisciplinarni tim istraživača i liječnika, predvođen znanstvenicima Instituta Ruđer Bošković (IRB), razvili su Vini, inovativni računalni alat osmišljen za predviđanje najučinkovitijih kombinacija lijekova u liječenju kastracijski rezistentnog raka prostate. Glavni cilj ovog alata je spriječiti napredovanje bolesti u smrtonosni stadij. Rezultati njihovog rada objavljeni su u časopisu Scientific Reports.  

Vini koristi goleme količine podataka iz znanstvenih baza, uključujući KEGG, DrugBank, Pubchem i Protein Data Bank, kako bi analizirao biološke procese unutar stanica raka te predložio najbolje moguće kombinacije lijekova. Kroz svoje analize Vini je uspio identificirati nekoliko ključnih ciljeva unutar stanica raka, uključujući ALK, BCL-2, mTOR, DNK i androgenu osovinu. Napadajući te putove istovremeno, Vini je predložio kombinacije lijekova koje bi mogle spriječiti daljnji razvoj bolesti. Iako se rezultati trenutačno temelje na teorijskim modelima, istraživači vjeruju da nas ovi nalazi mogu dovesti do novih, učinkovitijih tretmana liječenja.

Brzi test krvi spašava živote na licu mjesta

Kod srčanog udara važna je svaka sekunda. Novi test krvi može ga dijagnosticirati za samo nekoliko minuta i upotrebljavati i izvan bolnica pa čak i kod kuće, tvrde istraživači Sveučilišta Johns Hopkins. Štoviše, kažu, ovaj bi se koncept, predstavljen u časopisu Advanced Science, jednostavno mogao modificirati za otkrivanje zaraznih bolesti i biomarkera raka. 
Prilikom izrade novog testa istraživači su upotrijebili znanje biofotonike, koristeći lasersko svjetlo za otkrivanje traženih biomarkera. Tako se preskače potreba za  elektrokardiogramom i krvnim testovima koji traju najmanje sat vremena i često se moraju ponavljati. Novi test krvi daje rezultate za pet do sedam minuta i uz to je precizniji i pristupačniji od trenutnih metoda, tvrde istraživači koji se nadaju da bi se od njihovog izuma mogao napraviti ručni instrument poput trikordera iz Zvjezdanih staza.

Srce izuma je maleni čip s nanostrukturiranom površinom na kojoj se testira krv. Metapovršina čipa pojačava električne i magnetske signale tijekom Ramanove spektroskopske analize, čineći biomarkere srčanog udara vidljivima za nekoliko sekundi, čak i u ultra-niskim koncentracijama. Alat je dovoljno osjetljiv da označi biomarkere srčanog udara koji možda uopće neće biti otkriveni trenutnim testovima.

Inovacije mikrogravitacije 

Eksperimenti koji se provode na Međunarodnoj svemirskoj postaji (ISS) mogli bi transformirati inženjering tkiva i transplantaciju jetre. Sastavljanje tkiva ljudske jetre u niskoj Zemljinoj orbiti projekt je Changovog laboratorija Kalifornijskog sveučilišta u San Franciscu, a rezultati istraživanja predstavljeni su na netom završenom kongresu američkih kirurga ACS 2024.

Ova metoda iskorištava jedinstveno okruženje mikrogravitacije za rješavanje ograničenja trenutnih tehnika inženjeringa tkiva na Zemlji. Na primjer, korištenje umjetnih matrica koje osiguravaju okvir na kojem stanice rastu može uvesti vanjske materijale i promijeniti staničnu funkciju. Središnja komponenta projekta je prilagođeni bioreaktor "Tissue Orb" koji olakšava samosastavljanje tkiva u bestežinskom okruženju svemira. Bioreaktor ima umjetnu krvnu žilu i automatiziranu izmjenu medija, simulirajući prirodni proces protoka krvi u ljudskim tkivima.

Istraživački rade i na naprednim tehnikama krioprezervacije za siguran transport proizvedenih tkiva iz svemira na Zemlju. Sljedeća faza projekta uključuje testiranje izohornog superhlađenja, metode očuvanja koja održava tkiva ispod nule bez njihovog oštećenja. Ova bi tehnologija mogla produljiti vijek trajanja modificiranih tkiva i potencijalno se primijeniti na cijele organe.

Zašto je ubod mrava tako bolan

Mjerenjem električne struje koja prolazi kroz pojedinačne kanale u stanicama, istraživači Instituta za molekularnu bioznanost Sveučilišta u Queenslandu otkrili su način na koji djeluju mravlji otrov. Karakteristike toksina koji svojim ugrizom ispušta zapadnoafrički mrav (Tetramorium africanum) proučili su uz pomoć opreme koja je toliko osjetljiva da može zabilježiti električne struje koje prolaze kroz pojedinačne natrijeve kanale. Eksperimenti, opisani u časopisu Journal of Biological Chemistry, pokazali su da toksin u otrovu izaziva hiperstimulaciju natrijevih kanala unutar žrtvinih stanica, što pak izaziva ekstremnu bol.

"Došlo je do navale negativnih iona privučenih kanalom i odbijanja pozitivnih iona što je uzrokovalo pojačanu hiperaktivnost natrijevog kanala, što je fenomen koji nikad nismo vidjeli. Ova hiperaktivnost uzrokuje kontinuirano ispaljivanje signala boli i objašnjava žestinu uboda mrava. Otrov aktivira višestruke kanale u membrani živčanih stanica, a oni ostaju aktivni jako dugo i ne mogu se resetirati", objašnjavaju istraživači sad žele otkriti postoji li ovaj mehanizam u otrovu drugih mrava, ali i insekata poput osa i pčela. Bolje razumijevanje načina na koji otrov uzrokuje bol na molekularnoj razini trebalo bi znanstvenicima pomoći da razviju nove načine liječenja akutne i kronične boli.

Uzgoj pilića bez ljuske jaja

Ono što je još u drevnoj Grčkoj pokušavao učiniti Aristotel, proučiti razvoj pilećeg embrija bez razbijanja ljuske jajeta, sad je uspjelo istraživačima Sveučilišta Tsukuba koji su razvili metodu uzgoja oplođenih kokošjih jaja bez ljuske. Jaja su stavljena u posudu za umjetnu kulturu napravljenu od prozirnog filma, što je omogućilo promatranje razvoja pilećeg embrija od polaganja do izlijeganja.

Kako bi spriječili isušivanje žumanjčane vreće, istraživači su upotrijebili rotacijsku mućkalicu s gornjom pločom koja se okreće pod kutom od 7 stupnjeva. Ova je inovacija spriječila isušivanje opne koja prekriva blastoderm i poboljšala stopu preživljavanja embrija starih tri dana. Embriji su se nastavili uzgajati konvencionalnom metodom bez ljuske, a nekoliko normalnih pilića izleglo se 21 dan nakon početka inkubacije. Rezultati ovog istraživanja, predstavljenog u časopisu Scientific Reports, trebali bi pružiti temelj za razvoj pilećih embrija, procjenu toksičnosti i napredak regenerativne medicine.

Svjetski rekord kineskog otporničkog magneta

Otpornički magnet Laboratorija visokog magnetskog polja (CHMFL) Instituta za fizičku znanost Hefei Kineske akademije znanosti proizveo je postojano magnetsko polje od 42,02 tesle i tako postavio novi svjetski rekord za magnete te vrste. To je novi veliki uspjeh laboratorija koji je prije dvije godine s najsnažnijim hibridnim magnetom, kombinacijom otporničkog i supravodljivog magneta, postigao 45,22 T. 

Kinezi su postojano magnetsko polje od 42,02 T proizveli pri napajanju od 32,3 MW te tako oborili prijašnji rekord od 41,4 T Američkog nacionalnog visokomagnetskog laboratorija iz 2017. 

Upravljanje protetskim rukama snagom misli

Istraživači Njemačkog centra za primate – Leibniz Instituta za istraživanje primata u Göttingenu razvili su novi protokol obuke za sučelja mozak-računalo. Metoda razvijena u studiji na rezus majmunima (Macaca mulatta) omogućava preciznu kontrolu protetskih ruku samo uz pomoć signala iz mozga. Pokazalo se naime da su za tu kontrolu primarno važni neuronski signali koji kontroliraju različite položaje ruku u mozgu, a ne signali koji kontroliraju brzinu pokreta. 

"Uspjeli smo pokazati da su signali koji kontroliraju držanje ruke posebno važni za kontrolu neuroproteze. Ovi se rezultati sada mogu koristiti za poboljšanje funkcionalnosti budućih sučelja između mozga i računala, a time i za poboljšanje fine motorike neuronskih proteza", pohvalili su se istraživači u radu koji objavljuje časopis Neuron.

Spužvasti zavoj zaustavlja krvarenje

Istraživač UCF-a osmislili su tekući gel koji se brzo pretvara u spužvastu antimikrobnu pjenu i zaustavlja ozbiljno krvarenje. Njihov hemostatski spužvasti zavoj s antimikrobnom učinkovitošću detaljno je opisan u časopisu Biomaterials Science.

SilFoam je više pjena nego tradicionalni zavoj; to je tekući gel koji se sastoji od siloksana, odnosno silicija i kisika. Isporučuje se putem posebne štrcaljke s dvije komore i brzo se širi u spužvastu pjenu nakon kontakta s ranom. Spužva ograničava krvarenje i istovremeno služi kao antibakterijsko sredstvo zbog srebrnog oksida u njoj, a cijeli postupak traje manje od minute.
Poroznost i svojstva prianjanja spužvi pomažu da se proširi i zatvori ranu, dopuštajući prirodnom procesu zgrušavanja tijela da preuzme kontrolu, objašnjavaju istraživači. A osim što zaustavlja obilno krvarenje, ova spužva lakše se i skida od klasičnih flastera. 

SMAST: tehnologija otkrivanja ljudskih radnji

Što ako sigurnosna kamera ne samo da može snimati video, već i razumjeti što se događa, razlikujući između rutinskih aktivnosti i potencijalno opasnog ponašanja u stvarnom vremenu? To je budućnost koju nam donose istraživači Fakulteta za inženjerstvo i primijenjenu znanost Sveučilišta u Virginiji svojim najnovijim otkrićem: AI video analizatorom koji s neviđenom preciznošću detektira ljudske radnje u video snimkama. Semantic and Motion-Aware Spatiotemporal Transformer Network (SMAST) zamišljen je kako bi poboljšao rad nadzornih sustava. omogućio naprednije zdravstvenu dijagnostiku i usavršio način na koji se autonomna vozila kreću kroz složena okruženja.

Sustav, predstavljen u časopisu IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, oslanja se na dvije ključne komponente za otkrivanje i razumijevanje složenog ljudskog ponašanja. Prvi je model selektivne pažnje s više značajki koji pomaže umjetnoj inteligenciji da se usredotoči na najvažnije dijelove scene, poput osobe ili objekta, i zanemari nepotrebne detalje.

Druga ključna značajka je algoritam koji umjetnoj inteligenciji pomaže da zapamti pokrete i razumije kako su povezani jedni s drugima. Integracijom ovih značajki, SMAST može točno prepoznati složene radnje u stvarnom vremenu. To znači da sustav identificira radnje poput trkača koji prelazi ulicu, liječnika koji izvodi preciznu proceduru ili sigurnosnu prijetnju u gužvi.

Četkica koja četka i usisava

Iako naoko izgleda kao obična električna četkica za zube, MaxVac nudi dodatnu opciju jer osim što četka zube on i usisava tekućinu iz usta. A to je, kažu njegovi tvorci iz Rutgersove škole dentalne medicine, posebno važno za pacijente s posebnim potrebama koji tijekom pranja zuba neprestano gutaju mikroorganizme koji mogu dovesti do zdravstvenih problema poput upale pluća.

Prva verzija MaxVaca postavljala se na postojeću četkicu za zube, a nova, poboljšana izvedba samostalna je četkica čija će se funkcionalnost isprobati u pilot programu u bolnici za pacijente s neurološkim poremećajima. Nakon toga trebala bi uslijediti i testiranja u koja će biti uključeni pacijenti s ozljedama leđne moždine. Krajnji je cilj četkica koju će moći koristiti svi, od djece, preko planinara do astronauta. 

Nova slikovna tehnika za razumijevanje svemira

Istraživači Sveučilišta Minnesota Twin Cities razvili su novu tehniku ​​koja rekonstruira 2D radio slike, vizualne prikaze stvorene od radio valova, u "pseudo 3D kocke" za bolje razumijevanje objekata u svemiru. Pretvaranje slika u 3D prostor može pomoći u boljem razumijevanju fizike galaksija, masivnih crnih rupa, mlaznih struktura i pojasniti kako svemir funkcionira, a mogućnosti ove nove tehnike predstavljene su u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.  

Istraživači su koristili efekt Faradayeve rotacije koji rotira smjer radio polariziranih valova i uz njegovu pomoć stvoriti 3D model fenomena koji se događaju milijunima svjetlosnih godina daleko. Koristeći novu tehniku istraživači su mogli odrediti smjer materijala izbačenog iz masivnih crnih rupa, pogledati kako materijal stupa u interakciju s kozmičkim vjetrovima te analizirati strukture magnetskih polja u svemiru.
 

"Naša tehnika dramatično je promijenila naše razumijevanje ovih egzotičnih predmeta. Možda ćemo trebati ponovno razmotriti prethodne modele fizike o tome kako te stvari funkcioniraju", kažu istraživači koji svoju tehniku ubuduće žele primijeniti na slike snimljene novim teleskopima diljem svijeta. "Nema sumnje da neki objekti neće izgledati onako kako smo ih doživljavali u 2D."

Upravljanje naslonom

Upravljanje ručnim invalidskim kolicima po pločniku troši mnogo energije i opterećuje zglobove. No, sad su se u Laboratoriju za biomehaniku pokreta na ETH Zurich dosjetili jednostavnog i djelotvornog rješenja: razvili su invalidska kolica s pomičnim naslonom. Naslon je izravno povezan s prednjim kotačima i tako upravlja cijelim vozilom. Cijeli proces je čisto mehanički; kad se korisnik nagne udesno, kolica se pomiču udesno, a kad se nagne ulijevo, pomiču se ulijevo. Time se, kažu, štedi puno energije, a kočenje na kolniku i u zavojima postaje nepotrebno.

Upravljanje uz pomoć naslona smanjuje potrošnju energije i istodobno štedi ramena, ruke i šake korisnika invalidskih kolica. Postoje i druge zdravstvene prednosti, kažu konstruktori: nježni pokreti tijela potrebni za upravljanje stimuliraju protok krvi, olakšavaju bol u leđima i probavne smetnje. Pomicanje težine rasterećuje stražnjicu i može pomoći u sprečavanju razvoja dekubitusa. Dodatna prednost je to što vam jedna ruka ostaje slobodna za držanje kišobrana, mobitela ili šalice kave.

Ova vrsta upravljanja ima i nedostatak: okretanje na licu mjesta i kretanje u malim prostorima nije tako jednostavno kao u konvencionalnim kolicima zbog čega su inženjeri ugradili ručicu kojom se uključuje i isključuje upravljanje preko naslona. Invalidskim kolicima tada se može upravljati na klasični način.