Рубцы на сердце

Инфаркт провоцирует не гибель клеток сердечной мышцы, а чрезмерное развитие соединительной ткани. При сердечной недостаточности исчезают молекулы, сдерживающие это развитие, и, чтобы восстановить сердце, учёные просто ввели их искусственно.

Регулярные пробежки, плавание, закаливание и дыхательная гимнастика – отличная профилактика сердечно-сосудистых заболеваний. К счастью для ученых, в ближайшем будущем не рискующих остаться без дела, мало у кого находится время или, что больше похоже на правду, сила воли для того, чтобы следовать этим простым правилам.

Добавьте первое место в рейтинге причин смерти и общечеловеческий интерес к главной мышце нашего организма, и у вас не возникнет никаких вопросов о том, почему именно сердечной недостаточности посвящено такое количество как непроходимо «фундаментальных», так и чисто клинических работ. Причем непосредственная мишень для воздействия лекарства зачастую определяется эпохой: лет 20 назад умы будоражили активные формы кислорода и закись азота, потом им на смену пришли стволовые клетки, а теперь никуда не деться от разнообразных регулирующих цепочек РНК.

Стефан Энгельгардт и его американские и немецкие коллеги не стали исключением: сначала они обнаружили в сердце микроРНК-21, а потом воспользовались ею для профилактики сердечной недостаточности.

МикроРНК
короткие последовательности из 20-25 рибонуклеотидов, основной функцией которых является подавление трансляции определенных матричных РНК (мРНК), что приводит к остановке синтеза белка. В течение многих...

С самого начала своей работы авторы публикации в Nature обратили пристальное внимание не только на мышечные клетки, кардиомиоциты, но и на окружающие их фибробласты – клетки соединительной ткани, образующей не только связки, сухожилия, фасции, но и «каркас» различных внутренних органов. Благодаря способности фибробластов делиться и даже немного мигрировать глубокие порезы достаточно быстро затягиваются, а обширные повреждения слизистых в желудке или в носу не становятся «воротами» для инфекций.

А вот печени или сердцу эти «умения» фибробластов на пользу не идут. При инфаркте или циррозе область дефекта заполняется не кардиомиоцитами и гепатоцитами соответственно, а фибробластами, формирующими своеобразный рубец. Однако такое рубцевание может происходить и постепенно, когда «сеть» фибробластов по тем или иным причинам усиливается, потихонечку вытесняя аборигенные клетки. В результате функциональные способности сердца ослабляются, а риск возникновения «кризисной» ситуации нарастает.

Женские сердца перерегенерировали мужские
Даже если зародыш внезапно теряет половину сердца из-за генетических дефектов, вторая половина без помощи всяких стволовых клеток способна заместить утраченную. Чтобы вылечить инфаркт, нужно научиться...

Энгельгардт и его коллеги обнаружили, что у мышей с сердечной недостаточностью на ранней стадии, развивающейся так же как и у людей, в клетках сердца значительно повышен уровень микроРНК-21. Когда ученые «разделили» сигнал, то обнаружили что непосредственно в мышечных клетках количество этой РНК минимально, а наблюдаемый суммарный эффект достигается за счет редких фибробластов.

Зачем это нужно последним, стало ясно после нескольких экспериментов in vitro: как и у любой другой микроРНК, у миРНК-21 есть своя мишень – ген, работу которого она блокирует. В случае миРНК-21 это ген Spry1, выключение которого защищает клетку от программируемой гибели – апоптоза и даже способствует делению себе подобных за счет продукции сигнальных молекул – факторов роста.

В фибробластах здорового сердца миРНК-21 отсутствует, что поддерживает их популяцию стабильной, но стоит заблокировать работу Spry1 (что происходит, например, при недостатке кровоснабжения), как они тут же начинают делиться, даже, казалось бы, не в самых благоприятных условиях. В результате и без того ограниченные ресурсы расходуются не на поддержание работы кардиомиоцитов, а на формирование «сети» фибробластов, что и приводит к дальнейшей гибели мышечных клеток.

Мухи обеспечили себя внуками
Ученые обнаружили новый механизм передачи наследственной информации, не затрагивающий основной геном. Получаемые от матери короткие цепочки piРНК необходимы дрозофилам для «блокирования» стерильности,...

Точно такая же картина развивается при искусственной частичной перевязке аорты – самого крупного у млекопитающих сосуда, выходящего из левого желудочка сердца. Пострадавших в результате этой операции мышей ученые решили лечить антагонистом миРНК-21 – короткой комплементарной цепочкой, способной прочно связываться с ней и полностью её блокировать. Немного модифицировав олигонуклеотид для того, чтобы он мог проникнуть через клеточную мембрану, Энгельгардт и коллеги ввели соответствующую дозу внутривенно.

У тех, кто получил лечение, сердце восстановилось.

В отличие от контрольной группы.

Тем самым ученые не только получили новый метод лечения, но и доказали новую схему развития заболевания, принципиально отличающуюся от сегодняшних взглядов, согласно которым ведущую роль играют уменьшающиеся и умирающие кардиомиоциты, место которых занимают фибробласты. Согласно новой схеме, которую ещё предстоит неоднократно проверить, фибробласты сами решают, когда им делиться и вытеснять мышечные клетки.

Клинических испытаний, впрочем, пока ждать не стоит: ещё предстоит проверить, насколько эта схема универсальна и справедлива ли она для людей.

Щит

Никогда за время полётов в космос, за исключением сравнительно коротких лунных экспедиций, человек не оказывался достаточно далеко от Земли, чтобы выйти из-под влияния её магнитосферы, прикрывающей нас от солнечных вспышек. А для рейсов на Марс или дальше инженерам придётся решать задачу защиты экипажа от губительной радиации. Возможно, выходом окажется "магнитоплазменный щит", прообраз которого недавно испытали учёные.

Астронавтам из миссий Apollo просто повезло. Все экспедиции пришлись на те дни, когда солнечный ветер был не очень силён. Хотя в те годы и случались вспышки, в которых поток заряженных частиц от Солнца возрастал настолько, что мог бы поставить под угрозу не только здоровье, но даже жизнь покорителей космоса.

С Международной космической станцией дело обстоит проще. Во-первых, в значительной степени её защищает земная магнитосфера. Во-вторых, пусть и крайне разреженная атмосфера планеты, всё ещё присутствующая на высоте полёта МКС (примерно 400 км), тоже способствует защите. В-третьих, у космонавтов и астронавтов есть возможность на время вспышек укрываться в отсеке с более толстой изоляцией.

(И всё равно британцы предлагают пристыковать к МКС дополнительное убежище с ещё более мощными противорадиационными стенками.)

На Луну и дальше – на Марс – открывать новые земли. Космическая радиация ставит большой знак вопроса на этих честолюбивых планах (иллюстрация ESA).

Основная опасность солнечного ветра проистекает от высокоэнергетических (10-100 мегаэлектрон-вольт, а в отдельных случаях до 10¹⁰ эВ) частиц, 90% которых составляют протоны, ещё 9% — альфа-частицы, а остальное в основном электроны, хотя попадаются также самые разнообразные ядра тяжёлых элементов.

Поток этот крайне разрежен, но зато несётся со скоростью от 300 до (в отдельные моменты времени) 1200 км/с, что позволяет частицам легко проникать через стенки корабля, вонзаться в тела астронавтов, повреждая клетки и, что особенно опасно, ДНК.

И главное — это плазменное течение непостоянно, а сильно зависит от погоды на Солнце. Потому в длительных межпланетных полётах (добираться до Марса придётся порядка восемнадцати месяцев) попасть в удачное "окно", как в случае с "Аполлонами", — не получится. Наращивать слои биозащиты? Это очень заметно увеличит массу корабля, которую инженеры стараются снизить всеми возможными способами.

Даты полётов Apollo (голубые вертикальные линии с номерами экспедиций) и уровни потока протонов от Солнца (жёлтые вертикальные чёрточки). Нелинейная шкала справа – доза радиации в единицах REM. Горизонтальные линии отмечают уровни для сравнения: светло-жёлтая – средняя годовая доза на уровне Земли, жёлтая – годовая доза работников АЭС и других производств, связанных с радиацией, оранжевая — лучевая болезнь, красная – смертельная доза (иллюстрация NASA).

А может, воспользоваться "патентом природы"? Коли земная магнитосфера так хорошо защищает нас от солнечных вспышек, можно ли воспроизвести её в маленьком масштабе на борту космического корабля?

Идее этой самой по себе — много лет. Но не всё с ней так просто. Ещё в 1960-х годах учёные посчитали, что только приличных размеров (более 100 километров в поперечнике) магнитный пузырь мог бы оказаться достаточно эффективным, чтобы уводить тяжёлые заряженные частицы в сторону от корабля.

Для создания такого поля на пилотируемый аппарат пришлось бы ставить столь крупные и тяжёлые катушки индуктивности и столь мощные источники электроэнергии (не вполне понятно — какие), что вся затея теряла смысл — проще было бы банально нарастить стенки.

Слева: простая стальная защита (или из иного плотного материала) недостаточна, даже при толщине в несколько сантиметров. Высокоэнергетические частицы солнечного ветра проникают сквозь неё либо производят вторичную радиацию. Справа: простое магнитное поле заставляет протоны и электроны закручиваться вокруг своих силовых линий. Это разнонаправленное вращение создаёт разделение зарядов, которое генерирует электрическое поле, в конечном итоге тормозящее ионы. Увы, для защиты корабля по такой схеме магнитное поле должно быть очень и очень сильным (иллюстрация Rutherford Appleton Laboratory).

Поэтому от магнитной защиты отказались. Но не навсегда. Ныне с новыми знаниями и новыми техническими возможностями к ней вернулись вновь.

Международная группа учёных во главе с Рут Бамфорд (Ruth Bamford) из британской лаборатории Резерфорда и Эплтона (Rutherford Appleton Laboratory — RAL) разработала проект "Мини-магнитосферы" (Mini Magnetosphere), которая могла бы закрыть корабль от космических лучей.

Исследователи посчитали, что чистый магнитный барьер действительно не справился бы с задачей (как и чистая электростатическая защита или "голый" плазменный барьер), но мини-магнитосфера, сходная с природной, — вполне сработала бы.

Это должно быть не просто магнитное поле, но сочетание поля с плазменным барьером, контролируемым этим самым полем. Такой барьер образуется из самих частиц солнечного ветра, набегающего на корабль, и этот же барьер взаимодействует с остальным потоком, а также с магнитным полем Солнца (очень слабым, но всё равно присутствующим даже на расстоянии, разделяющем Землю (или Марс) и наше дневное светило).

С учётом взаимодействия всех ингредиентов (потока высокоскоростной плазмы от Солнца, плазмы в барьере вокруг корабля, магнитного поля Солнца и поля корабля, а также токов, наводимых в плазме) магнитный щит может генерировать компактную диамагнитную полость вокруг космического аппарата, в которую солнечные космические лучи проникать практически не будут (иллюстрации Rutherford Appleton Laboratory).

Предыдущие исследования упускали из виду сложное взаимодействие сил в динамической квазинейтральной плазме, пронзаемой магнитным полем, — утверждают нынешние экспериментаторы. Везде, где есть плазма с различными по плотности и температуре областями, есть и собственные её локальные поля, поясняют учёные.

Прогресс в области токамаков — прообразов реакторов синтеза, где взаимодействию плазмы и поля уделяется огромное внимание, – позволил исследователям из Британии, Португалии и Швеции по-новому взглянуть на проблему магнитного щита для космических кораблей. Он фактически должен включать в себя все три активные защиты, рассмотренные ранее (плазменную, магнитное и электрическое поля), причём именно взаимодействие всех трёх приводит к желаемому результату.

В прошлом году участники проекта провели компьютерное моделирование, показавшее, что магнитный пузырь с поперечником порядка сотни метров (всего-то, сравните со 100 км в предыдущих работах) мог бы закрыть экипаж от действия солнечной радиации. Этот вывод был подтверждён в лаборатории, где команда Mini Magnetosphere построила миниатюрный прототип такой защиты.

Тут, кстати, надо сказать, что хотя и галактические космические лучи тоже способны нанести вред здоровью экипажа, главную угрозу путешественникам несут всё же солнечные космические лучи, интенсивность которых резко возрастает во время вспышек.

Один из участников эксперимента Джон Брэдфорд (John Bradford) из RAL наблюдает за опытной установкой, создающей "солнечный ветер в бутылке". Магнит внутри этой трубы воспроизводит в миниатюрном масштабе защитное поле нашей планеты (справа) (фото и иллюстрация Rutherford Appleton Laboratory).

Для опыта учёные воспользовались аппаратом LinX, ранее задействованным в экспериментах по изучению взаимодействия плазмы с рядом деталей токамаков. В основе установки — вакуумная труба диаметром 24 сантиметра и длиной 1,5 метра.

В ней имеется экспериментальная камера, в которую исследователи помещали постоянный или электрический магнит, имитирующий защиту корабля, а вдоль трубы специальный насос направлял сверхзвуковой (скорость больше 3 М) поток плазмы (H⁺, H₂⁺ и H₃⁺ в пропорции 90%, 5% и 5%).

Специальные катушки вокруг установки генерировали внутри поле (0,07 тесла), имитирующее межпланетное магнитное поле. Наконец, в роли генераторов поля корабля выступали по очереди постоянный цилиндрический магнит (на 0,2 тесла) и импульсный электромагнит (с напряжённостью поля на полюсах более 2 тесла).

Магниты крепились при помощи рычагов, позволявших сдвигать их относительно потока плазмы в разных направлениях.

Для снятия данных применялись различные датчики, фиксирующие распределение потока плазмы в пространстве, а также — высокоскоростная (50 тысяч кадров в секунду) видеокамера (работающая в видимом диапазоне волн), снимавшая происходящее через прозрачное окно.

Схема установки (иллюстрация Rutherford Appleton Laboratory).

Изначально у исследователей не было уверенности — а будет ли это всё же работать. Слишком много предшественников убеждали всех: действовать щит против столь высокоэнергетических частиц может только в планетарном масштабе, или около того. Однако когда установку включили — она сразу заработала, как и было задумано.

Более того, крошечная искусственная магнитосфера показала способность к саморегуляции, подобной таковой у магнитосферы Земли. "Когда она получает сильный толчок от плазмы, пузырь становится меньше. Видео показывает, что по мере повышения давления "солнечного ветра" щит становится меньше, но при этом ярче", — рассказывает Рут Бамфорд.

Экспериментаторы тщательно снимали параметры миниатюрной магнитосферы внутри аппарата, в том числе изменение плотности ионов во всех плоскостях и направлениях.

Эти данные позволили сделать вывод, что в первом приближении сравнительно простой (но довольно сильный) магнит может прикрыть себя от ударов частиц солнечного ветра. Впрочем, тонкостей тут — хоть отбавляй. (Этому опыту, кстати, посвящена статья вышедшая на днях в журнале Plasma Physics and Controlled Fusion.)

Несколько кадров опыта. Вверху: поток плазмы идёт слева. В ходе тестов учёные плавно меняли как энергию плазменного луча, так и положение защитного поля "корабля". Граница крошечной искусственной магнитосферы исправно смещалась в соответствии с балансом сил. Ударный фронт в месте резкого торможения плазмы визуализировался благодаря световой эмиссии, происходящей главным образом от взаимодействия плазмы с нейтральным газом (на врезке поток идёт справа). Внизу: вид на защитный пузырь сверху с наложением цвета, показывающего плотность плазмы (фотографии и иллюстрация Rutherford Appleton Laboratory).

Бамфорд заявила: "Первые эксперименты показали, что таким способом можно было бы защитить астронавтов от смертоносной космической погоды".

Итак, небольшие искусственные дыры в солнечном ветре — это всё необходимое, чтобы люди могли безопасно путешествовать к нашим ближайшим соседям (на Луну и Марс). Но до появления полномасштабных магнитных щитов, пригодных для установки на корабли, по прогнозу Бамфорд, пройдёт ещё 10-15 лет.

За это время исследователям предстоит понять, как лучше использовать такую защиту. Ведь существует ещё много нерешённых вопросов: каков будет вес конечной установки, как будет осуществляться контроль за её работой, какова окажется её надёжность.

К тому же существует выбор между вариантом монтажа магнитоплазменной защиты на самом корабле или на целом созвездии миниатюрных станций сопровождения, раскрывающих "зонтик" над пилотируемым аппаратом, когда это необходимо (да и на самом планетолёте подобная защита может работать временно, включаясь при появлении угрозы, то есть после вспышек на Солнце).

"Я не думаю, что установка сократится вплоть до всего лишь "магнита для холодильника", закреплённого на внешней поверхности космического аппарата", — смеётся Рут. Но, с другой стороны, вспомним, что раньше учёные полагали, будто генератор магнитного щита для межпланетного корабля окажется по размеру и массе едва ли не больше самого защищаемого звездолёта.

Птицы

Горожане вынуждены укрываться в домах и даже телефонных будках. Тысячи чаек атакуют людей на открытых пространствах, заклёвывая их до смерти. Падающие с неба обезумевшие птицы врезаются в оконные стёкла, осколки которых ранят обитателей домов. Страх и паника царят в некогда тихом прибрежном поселении. Жителям не остаётся ничего другого, кроме как признать своё поражение и покинуть город.

Вы прочли краткое описание одного из самых известных триллеров — "Птицы" (The Birds), созданного знаменитым режиссёром Альфредом Хичкоком (Alfred Hitchcock) в 1963 году.

Фильм видели многие, но мало кто знает, что эту ленту Хичкок снимал, отталкиваясь, в том числе, и от реальных событий. Не менее загадочных и странных. Пугающих даже.

Их тайну удалось раскрыть только теперь.

Это нормальные птицы. Увы, время от времени они могут становиться ненормальными. И вина в том лежит на человеке (фото exfordy/flickr.com).

18 августа 1961 года городок Капитола (Capitola) в Калифорнии был разбужен ударами по крышам домов. С неба на город обрушивались сотни серых буревестников. Сотни их тел устилали мостовые. Казалось, мёртвые птицы — повсюду.

Это необъяснимое и жуткое происшествие отразилось в истории кинематографа. По данным местной газеты, Хичкок, проживавший неподалёку от Капитолы, проявил заинтересованность в необычном "кошмаре" и даже запросил копию выпуска новостей, чтобы потом использовать этот материал в качестве "научно-исследовательского подкрепления для своего нового триллера".

Это и были "Птицы", сюжет которых базировался вообще-то на одноимённом рассказе Дафны дю Морье (Daphne du Maurier) 1952 года.

Безумное поведение и массовая гибель морских птиц произвела сильное впечатление не только на голливудского режиссёра, но и на остальных людей. Однако должно было пройти почти полвека, чтобы появилось объяснение этому феномену.

MPTV.net).">

"Птиц" Хичкока многие поклонники творчества мастера называют одной из самых удачных работ (кадры Universal/The Kobal Collection, MPTV.net).

Если совсем кратко — виной всему домоевая кислота. Смертельный нейротоксин, отравление животных которым приводит как раз к неадекватному поведению (тяге к самоубийству, в частности) и затем, закономерно, к гибели. Таково предположение современных учёных.

Кислота эта прочно соединяется с рецепторами на поверхности возбуждённых нейронов, блокируя выключение последних. Головной мозг даёт сбой, а дальше — само животное довершает "чёрное дело", начатое химикатом.

Но откуда это соединение взялось в птицах? Тут целая цепь событий.

Автор нового исследования и сенсационной гипотезы происхождения знаменитых "Птиц" — Рафаэль Кудела (Raphael Kudela) из Калифорнийского университета в Санта-Круз (University of California, Santa Cruz). Он изучал морские водоросли Pseudo-nitzschia australis.

Обычно цветение водорослей не приводит к массовому отравлению птиц. Но поскольку микроорганизмы эти являются начальным звеном в пищевой цепи, любая проблема с Pseudo-nitzschia australis способна привести в конечном счёте и к гибели, или "сумасшествию" тех же чаек да буревестников.

Осталось только понять — откуда в водорослях нейротоксин и почему произошёл его всплеск.

Pseudo-nitzschia australis во всей красе. Существует даже заболевание "амнестическое отравление моллюсками", от которого могут пострадать люди, поевшие крабов, моллюсков или мидий, накопивших в своих тканях отраву, поставленную им водорослью (фото Brian Bill/NOAA).">

Pseudo-nitzschia australis во всей красе. Существует даже заболевание "амнестическое отравление моллюсками", от которого могут пострадать люди, поевшие крабов, моллюсков или мидий, накопивших в своих тканях отраву, поставленную им водорослью (фото Brian Bill/NOAA).

Оказывается, объясняет Кудела, Pseudo-nitzschia australis сами производят домоевую кислоту в большом количестве, но при условии, что океанские воды загрязнены химикатами, попавшими в прибрежные воды с берега. Очевидно, речь об отходах сельского хозяйства и промышленности. Но каких именно?

Чтобы выяснить это, Кудела и его коллеги вносили в воду различные вещества, встречающиеся в удобрениях (нитрат аммония, например), и смотрели, как реагируют водоросли. Оказалось, только одно соединение стимулирует синтез домоевой кислоты — это мочевина (карбамид).

	MPTV.net)."> Постер 1963 года (фото MPTV.net).

В чистой воде уровень производства нейротоксина водорослями был низок, но добавление совсем небольшого количества мочевины в воду поднимало губительную производительность планктона вдвое.

Что же случилось в 1961 году? Просто тогда, вероятно, произошёл всплеск таких выбросов, предполагает американский исследователь. В то время, говорит Рафаэль, существовало множество отстойников, зачастую протекающих, за которыми не было никакого контроля.

Интересно, что в последующие годы произошло несколько событий, которые учёный связывает с аналогичным процессом отравления живности (а также людей) "вредными" водорослями.

К примеру, в 1987 году загрязнённые моллюски отравили сотню человек на острове принца Эдуарда в Канаде, убив трёх из них и послужив причиной множественных случаев амнезии. А в 1998-м четыреста потерявших ориентацию морских львов погибли на побережье Калифорнии.

Эти млекопитающие отравились рыбой, которая в свою очередь получила губительный токсин (да-да, всё ту же домоевую кислоту, это было установлено токсикологами) от водорослей.

MPTV.net).">

Хичкок объясняет очередную сцену Роду Тейлору (Rod Taylor) и Сюзанн Плешетт (Suzanne Pleshette) (фото MPTV.net).

"Каждые несколько лет происходят вспышки, убивающие выдр, пеликанов и морских львов, — говорит Кудела. — Морские животные сами генерируют небольшие количества мочевины, но проблема загрязнения океана этим соединением — почти полностью вызвана человеческой деятельностью".

Исследователь взял пробы воды у берегов Калифорнии и установил, что в заливах Монтерей и Сан-Франциско концентрация карбамида достаточно велика, чтобы объяснить некоторые из последних случаев гибели морских обитателей от кислоты, накапливаемой в водорослях.

При этом учёный добавляет, что мочевина — лишь одно из условий, заставляющих Pseudo-nitzschia australis синтезировать нейротоксин. "Это определённо сочетание факторов, что делает трудным показ причинно-следственной связи", — поясняет Кудела.

Ныне он намерен вычислить другие вещества, влияющие на гибельное "решение" планктона начать вырабатывать домоевую кислоту. Исследователь полагает, что приступы безумств обитателей моря вызваны, по цепочке, именно деятельностью человека.

Так же как "нападение" на Капитолу 47 лет назад. В последнем случае, правда, доказать связь безумных птиц и кислоты на все 100% уже не удастся. Но это не исключает повторения событий, которые, пусть и в несколько преувеличенном виде, запечатлены в одном из самых известных фильмов ужасов.

Серебрянные линзы

До каких пор транзисторы будут ужиматься в размерах? Уже давно учёные задаются этим вопросом, подстёгиваемые постоянным ростом требований к производительности компьютеров. Трудолюбивые американцы китайского происхождения не погнались за квантовыми кубитами в небе, а использовали вполне земные технологии для достижения впечатляющей наноточности.

О новом перспективном способе производства интегральных микросхем сообщает группа разработчиков из Беркли (UC Berkeley). Отчёт об этой работе опубликован в журнале Nature Nanotechnology.

Технология представляет собой альтернативу традиционной оптической печати, ныне применяемой подавляющим большинством производителей микроэлектроники, и состоит в улучшении характеристик передачи света посредством его сжатия.

Упрощённая модель печати интегральной микросхемы. Кремниевую подложку покрывают резистивным материалом, чувствительным только к ультрафиолетовому излучению. Следующим слоем накладывают так называемую диффузионную маску. При облучении области под маской остаются "транзисторными", формируя необходимый рисунок. Потом всё это дело в несколько этапов обрабатывают специальными химикалиями – и микросхема готова (иллюстрация Nature).

Зачём вообще нужна эта передача света? Почему её необходимо улучшать?

Оптическая литография в целом похожа на обычное фотографирование: облучение светочувствительного материала формирует изображение, которое потом проявляется.

"Работает довольно неплохо, — поясняет один из авторов изобретения Лян Пань (Liang Pan). — Однако разрешение ограничено фундаментальными свойствами света: для минимизации размеров наносимых элементов необходимо сокращать длину волны".

И вот здесь как раз возникают сложности – в виде дифракционных эффектов. Дело в том, что при укорачивании электромагнитным излучением становится тяжелее управлять.

Зависит дифракция от соотношения между длиной волны и размером неоднородностей среды (либо неоднородностей структуры самого излучения). Другими словами, чем короче, тем выше риск непредвиденной трансформации – вразрез с генеральной линией партии.

	Дифракция может существенно изменить параметры волны (иллюстрация с сайта smeter.net).

На сегодняшний день минимальный размер традиционного фокусирования составляет 30-35 нанометров – причём достигнут он ценой невероятных усилий и гигантских затрат. Новая же методика, по уверениям учёных, способна не только непринуждённо взять текущий нанобарьер, но и значительно превзойти его. При умеренных расходах на производство.

Технология называется плазмонной литографией (plasmonic lithography): она предусматривает гравировку схемы с помощью специальной головки – плазмонной линзы, – через которую пропускается "традиционный" ультрафиолетовый свет. Кремниевая подложка при этом вращается, так что весь процесс напоминает проигрывание виниловой пластинки, где линза является "иглой".

Впрочем, аналоговые ассоциации на этом заканчиваются: плазмоника позволяет опуститься до миниатюрных масштабов – в масштабах промышленных. По крайней мере, так думают разработчики.

"Мы сможем уменьшить размер существующих процессоров в 10 раз, при выигрыше в мощности, — утверждает руководитель исследования Сян Чжан (Xiang Zhang). – Если же вдруг кто захочет себе харды с ультравысокой плотностью записи, от 10 до 100 раз превышающей текущие показатели, то и это нам будет по силам".

Металлическая "игла" фокусирует свет, используя возбуждённые электроны – плазмоны – на поверхности линзы (иллюстрация Liang Pan, Cheng Sun/UC Berkeley).

Инженеры из Беркли обошли дифракцию, используя проводящие свойства металлов, на поверхности которых всегда найдётся парочка свободных электронов, – они начинают колебаться при соударении с фотонами. Эти колебания известны как эванесцентные или исчезающие волны (evanescent waves), и они как бы сокращают свет до длины меньшей, чем она может быть у оптической волны.

Чтобы реализовать "исчезающие" эффекты на практике, потребовались серебряные плазмонные линзы, уложенные концентрическими слоями, – они способны фокусировать свет до точки диаметром 100 нанометров.

В итоге удалось нанести на подложку линейные паттерны шириной 80 нанометров при скорости сканирования 12 м/с. Казалось бы, не так круто, если учесть, что современные "традиционные" рекорды находятся в диапазоне 30-80 нанометров. Но тут стоит учесть, что это всего лишь пробный пуск. Американцы уверены – в будущем технология позволит поднять ставки до 5-10 нанометров.

В любом случае, превратив линзу в "иглу", учёные получили мощный инструмент, способный воспроизвести на вращающейся кремниевой подложке с фоторезистом самую изощрённую топографию интегральной схемы.

Матрица 4 х 4 из плазмонных линз под электронным микроскопом (иллюстрация Xiang Zhang Lab, UC Berkeley).

В головку "проигрывателя" теоретически можно упаковать до 100 тысяч линз, что позволит выполнять "гравировочные" работы любой сложности и на высокой скорости.

Пришлось преодолеть и кое-какие трудности. Поскольку поверхностные колебания затухают на расстоянии до 100 нанометров, резистивное покрытие должно быть расположено очень близко к линзе. Что не так просто устроить.

Ограничение удалось обойти с помощью опоры на воздушной подушке (air bearing) – это позволило поддерживать расстояние между двумя поверхностями около 20 нанометров.

"Это как если бы Boeing 747 должен был лететь на двухмиллиметровой высоте", — поясняет Сян Чжан. Отметим, что он очень ревниво относится к конкурирующим технологиям. По мнению профессора, они "напоминают улиток", а его разработка найдёт промышленное применение в течение трёх лет (максимум – пяти) и не ограничится плазмонными линзами.

Что ж, настрой у американца самый серьёзный: недавно мы уже писали о первом плаще-невидимке в области видимого спектра, разработанном в его лаборатории.

1600 км/ч

Название этого проекта говорит само за себя. Три буквы SSC уже записаны в историю техники. Они означают сверхзвуковой автомобиль. Болид с такой обязывающей добавкой к имени однажды уже летел по высохшему дну соляного озера. И действительно сумел преодолеть звуковой барьер. Теперь же его потомок с таким же простым ярлычком должен обогнать пулю.

Авторы проекта с "породистым" названием "Бладхаунд" (Bloodhound SSC) характеризуют его как инженерное приключение. Этот автомобиль-стрела с 90-сантиметровыми титановыми колёсами и двигателем EJ200 от истребителя Eurofighter Typhoon должен не просто побить текущий сухопутный рекорд скорости, но и превзойти его очень существенно.

Инициатор данной затеи — лорд Пол Дрейсон (Paul Drayson), британский министр науки. (Примечательно, что кроме министерства в проекте участвует пара британских университетов — West of England и Swansea).

Текущий рекорд скорости на суше был установлен в пустыне Black Rock в Неваде. Для Bloodhound SSC (на рисунке) площадку только подбирают. Может быть, это снова будет "Чёрная скала"? (иллюстрация Bloodhound SSC)

Фактический лидер и официальный глава команды — знаменитый Ричард Ноубл (Richard Noble), который сам последовательно установил некогда несколько рекордов скорости на суше.

Позднее, кстати, Ричард стал директором проекта, которому принадлежит рекорд действующий: в 1997 году пилот британских королевских ВВС Энди Грин (Andy Green) развил на реактивном автомобиле Ноубла Thrust SSC 1228 км/ч (1,02 скорости звука).

Грин участвует и в нынешнем предприятии. Он опять намерен сесть в кабину реактивного монстра, создаваемого Ноублом при содействии целого ряда учёных и инженеров.

Автомобиль получил имя "Бладхаунд" не напрямую от названия породы собак, а опосредованно: в честь ракеты ПВО Bristol Bloodhound 2, стоявшей на вооружении Великобритании в 1960-1991 годах. Она могла разгоняться с места до скорости звука за 2,5 секунды. А что, есть даже внешнее сходство, не находите? (фото Max Smith, иллюстрация Bloodhound SSC)

И эта же творческая свзяка Ноубл-Грин известна нам по самому быстрому на планете дизельному автомобилю: летом 2006 года "бешеный экскаватор" JCB Dieselmax разогнался до 563 км/ч с хвостиком.

Bloodhound же рассчитан на преодоление куда более внушительной планки в тысячу миль в час (1609 км/ч).

Только представьте, автомобиль Bloodhound должен перегнать пулю, выпущенную из револьвера Magnum .357! (кадр с сайта bbc.co.uk)

В движение его будет приводить турбореактивный агрегат от истребителя, дополненный гибридным ракетным двигателем (твёрдое топливо плюс жидкий окислитель). Их тяга составит 90 и 110 килоньютонов соответственно.

Именно сочетание двух двигателей, каждый из которых отличает очень хорошее соотношение тяги и собственного веса, по мнению авторов машины, позволит ей разогнаться до 1,4 М.

Выбор гибридного ракетного "ускорителя" также продиктован соображениями безопасности – он гораздо послушнее чисто твердотопливного и легко выключается по требованию.

Любопытно, что в недрах машины также будет скрыт 800-сильный 12-цилиндровый ДВС.

Зачем? Ну уж не для привода колёс. Он будет крутить мощный насос, который нужен для поставки десятков килограммов окислителя в секунду в камеру сгорания гибридного ракетного движка.

Самые современные конструкционные материалы, моделирование обтекания на компьютере… Проект Bloodhound далёк от "самодельного" уровня, хотя считается частным предприятием (иллюстрации Bloodhound SSC).

Предельной скорости 1050 миль в час (1690 км/ч) Bloodhound будет должен достичь всего через 40 секунд после старта. На разгон ему потребуется более семи километров дистанции и столько же — на торможение.

За последнее будут отвечать три системы. На высокой скорости — выдвижные аэродинамические щитки, на средней — парашют, на сравнительно малой — углеволоконные тормозные механизмы.

Интересно, что реактивный двигатель команде предоставит министерство обороны Великобритании. Это будет экземпляр, использованный ранее для испытаний по программе Eurofighter. На самолёт его уже ставить нельзя, но для целей команды Bloodhound оставшегося моторесурса данного агрегата вполне должно хватить.

Заметим, в настоящее время несколько команд пытаются создать автомобиль, способный сбросить Thrust SSC с пьедестала. Эти проекты находятся на разной стадии готовности.

Компоновка Bloodhound SSC. Длина этой четырёхколёсной реактивной машины составляет 12,8 метра, а вес – 6,4 тонны. На разрезе хорошо видно расположение турбореактивного двигателя (прямо под ракетным), а также – гоночного ДВС (в центре корпуса) для привода ракетного насоса (иллюстрации Bloodhound SSC).

К примеру, есть "Североамериканский орёл" (North American Eagle). Мы детально рассказывали об этом автомобиле аж четыре года назад.

Проект-долгострой, однако, жив и понемногу движется к цели. Так, нынешним летом уже готовый аппарат проходил тесты в калифорнийской пустыне El Mirage на "скромной" скорости в 640 км/ч.

Намеченная же максималка "Орла" — 1287 км/ч (круглым счётом 800 миль). Это лишь чуть больше 11-летнего рекорда Thrust SSC и куда меньше, чем плановый показатель Bloodhound.

Но зато американцы смогут вывести свою машину на штурм мирового рекорда гораздо раньше британцев. В ближайшее время команда Bloodhound намерена лишь построить полномасштабные макеты машины, а появление готового образца и сам рекордный заезд намечены на 2011 год.

North American Eagle на тестах в El Mirage (фото с сайта landspeed.com).

Британский проект, однако, принесёт своей родине пользу ещё до выхода машины на старт. Ведь Ноубл, Грин и их соратники создают свой сверхзвуковой автомобиль не только ради достижения как такового.

На всех стадиях проектирования и сборки чудо-аппарата в своей штаб-квартире в Филтоне (Filton) они намерены привлекать студентов и школьников. К тому же тут должен быть открыт образовательный центр.

Задумывая этот проект, Пол Дрейсон спросил Ноубла и Грина – могут ли они как-то завоевать внимание нынешних школьников и побудить их сделать карьеру в области науки и техники? По этому поводу в одном из недавних интервью министр заявил: "Если не найдём источник вдохновения для следующего поколения, мы будем уничтожены как страна".

Вот ради этого вдохновения Грин, как он сам говорит, и намерен рисковать жизнью. А вовсе не ради строчки в Книге рекордов.

Конечно, вся конструкция машины направлена на минимизацию опасности, утверждает пилот. "Значит ли это, что риск будет нулевым? – добавляет Энди. – Нет. А жизнь с нулевой степенью риска интересна? Нет!"

Источник Membrana.Ru