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Giornalista pubblicista, amante delle scienze dello spazio e del corpo umano

Quanti neutroni può contenere un nucleo ?

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Quanti neutroni riesci a stipare in un atomo? Più di quanto pensassero i fisici.

Un ciclotrone superconduttore genera fasci di nuclei esotici presso il Riken

Radioactive Isotope Beam Facility

Il RIKEN a Wako

, i nuclei conosciuti e previsti formano un’andana a forma di sottaceto il cui limite inferiore segna la “linea di gocciolamento neutronico“: il numero massimo di neutroni che un nucleo può contenere.Radioactive Isotope Beam Facility di RIKEN a Wako, in Giappone, ed ha permesso di individuare i nuovi nuclei di calcio.
I fisici in Giappone hanno fatto esplodere i nuclei di calcio più pesanti mai visti, ciascuno contenente i 20 protoni necessari per creare l’elemento, ma con un numero enorme anche sino a 40 neutroni. È il doppio dei neutroni rispetto alla forma più comune di calcio e un paio in più rispetto al precedente. La scoperta suggerisce che potrebbe essere possibile stipare ancora più neutroni in nuclei di quanto si pensasse in precedenza, e potrebbe avere implicazioni per la teoria delle stelle di neutroni.

“E’ davvero un risultato importante e interessante, – afferma Daniel Phillips, fisico teorico nucleare all’Ohio University-Atene- poiché i modelli fisici della struttura nucleare sono sintonizzati su nuclei più comuni con un numero approssimativamente uguale di protoni e neutroni. Abbiamo bisogno di sapere quanto queste teorie errano, estrapolandole ai nuclei con rapporti più sbilanciati di protoni e neutroni”.

Il nucleo atomico è costituito da protoni e neutroni tenuti insieme dalla forza nucleare forte. Il numero di protoni determina l’identità di un atomo come elemento chimico; il numero di neutroni determina l’isotopo di quell’elemento. Spesso è raffigurato un nucleo con tanti protoni e neutroni attaccati insieme come gumdrops, ma i nuclei reali sono molto più complicati. Sebbene sia costituito da particelle discrete, il nucleo medio agisce più come una gocciolina di fluido con una tensione superficiale. Allo stesso tempo, tuttavia, i nuclei hanno gusci di energia quantica astratti e possono essere più strettamente legati quando hanno un numero magico di protoni o neutroni che riempiono quei gusci – proprio come, su una scala più grande, gli atomi sono più inerti quando hanno riempito i gusci di elettroni. Inoltre, i teorici usano modelli diversi per spiegare questi comportamenti in competizione. Per nuclei relativamente leggeri, i modelli ab initio affrontano le interazioni di singoli protoni e neutroni. Tali modelli s’impantanano per nuclei più pesanti, quindi i teorici impiegano modelli più approssimati basati su “funzionali di densità” che trattano la distribuzione di protoni e neutroni come variabili continue. Le dozzine di tali modelli possono non essere d’accordo su cose semplici, come quanti neutroni si attaccheranno a un nucleo, un limite che i fisici spesso visualizzano su un grafico a griglia. Sul grafico, che mostra il numero di protoni sull’asse verticale e il numero di neutroni sull’asse orizzontale

Il team di 30 membri del laboratorio giapponese RIKEN di Wako e della Michigan State University (MSU) di East Lansing ha prodotto una serie di nuovi nuclei ricchi di neutroni che suggeriscono che la linea di gocciolamento, più lontana di quanto previsto da molte teorie. Il team ha “cacciato” nelle vicinanze di calcio, – dice Alexandra Gade, esperta di MSU- perché il suo numero magico di protoni già lo infonde con un legame più forte.

Usando la radioattività isotopica di RIKEN, hanno strappato i nuclei di zinco pesante sparando un raggio attraverso un bersaglio di berillio. Hanno quindi utilizzato un separatore magnetico molto preciso per selezionare la vasta gamma di nuclei presenti nel relitto. Il team ha prodotto otto nuovi nuclei ricchi di neutroni, tra cui, rispettivamente calcio-59 e calcio-60, con 39 e 40 neutroni. Per produrre due nuclei di calcio-60, i ricercatori hanno dovuto sparare 200 quadrilioni di nuclei di zinco nel bersaglio.

I nuovi risultati sembrano triplicare i modelli, ab initio, che generalmente predicono che il calcio-60 non dovrebbe esistere. In effetti, i dati suggeriscono, – dice Gade– che potrebbe essere possibile creare nuclei di calcio con ancora più neutroni. Dei 35 modelli confrontati dai ricercatori, i due che meglio si adattano a tutti i nuovi dati, predicono che l’isotopo di calcio esiste fino al calcio-70, che avrebbe un numero enorme di neutroni.

Gade mette in guardia contro qualsiasi generale generalizzazione sulla linea di gocciolamento. Tuttavia, – dice Phillips -, si spera che i risultati vincolino meglio la linea di gocciolamento in modo che gli sperimentatori non debbano semplicemente sentirlo. “Certamente spero, dice inoltre, che non si tratti di andare avanti per elemento”. Oltre alla sua fondamentale importanza, la posizione della linea di gocciolamento potrebbe avere implicazioni per l’astrofisica delle stelle di neutroni. Per esempio, si pensa che i processi nelle croste di questi resti stellari producano nuclei ricchi di neutroni direttamente nella linea di gocciolamento, dice Gade, quindi le proprietà precise e la struttura delle stelle incredibilmente dense, potrebbero dipendere dai dettagli della linea di gocciolamento.

Gli sperimentatori sperano di trovare anche isotopi più pesanti di calcio e di fare in modo che anche i nuclei studino le proprietà. Tali studi potrebbero diventare più facili nel 2022 quando MSU completerà il suo nuovo acceleratore da 730 milioni di dollari, l’impianto per i raggi isotopici rari (FRIB), che sarà ancora più potente della macchina di RIKEN. “Abbiamo esaminato i calcoli e [la FRIB], – dice Gade-, dovremmo essere in grado di vedere calcio-68 e calcio-70, se esistono”.

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 Esperimenti internazionali sui neutrini

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 Esperimenti internazionali sui neutrini

LBNF / DUNE: uno degli esperimenti internazionali su neutrini di punta

L’esperimento di neutrini a lunga base internazionale / Neutrino sotterraneo profondo, ospitato dal Fermilab del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, è un progetto scientifico di punta per svelare i misteri dei neutrini.                                                                                                                                                                                I neutrini sono le particelle di materia più abbondanti nell’universo e sono tutt’intorno a noi, ma ne sappiamo molto poco. Studiando i neutrini, gli scienziati di LBNF / DUNE dipingeranno un’immagine più chiara dell’universo e come funziona. La loro ricerca potrebbe persino darci la chiave per capire perché viviamo in un universo dominato dalla materia – in altre parole, perché siamo qui per niente. L’esperimento utilizzerà i potenti acceleratori di particelle del Fermilab per inviare il raggio più intenso del mondo di neutrini ad alta energia ai rivelatori di neutrini massivi di DUNE, che esploreranno le loro interazioni con la materia. Il pioniere di questo progetto di megascience internazionale si è svolto nel 2017, con la partecipazione di partner negli Stati Uniti e in tutto il mondo.

Per costruire e gestire LBNF / DUNE, il Fermilab riunisce oltre 1.000 scienziati di oltre 175 istituzioni in oltre 30 paesi. Il progetto si basa su competenze scientifiche e tecniche di università, laboratori e aziende in tutto il mondo. Quest’ambizioso progetto richiede rivelatori di particelle giganti, un intenso fascio di neutrini e un’infrastruttura internazionale per riunire tutto. Il progetto LBNF / DUNE guiderà i progressi della scienza e dell’industria in tutto il mondo. Il modello di costruzione distribuito del progetto, in cui i componenti sono costruiti negli Stati Uniti e in tutto il mondo, assicura che a ciascuno degli istituti e dei paesi partner vengano forniti vantaggi economici immediati in quanto i componenti vengono ricercati, costruiti e testati presso università, laboratori e aziende in tutto il mondo. Le scoperte da questo sforzo rivoluzionario potrebbero cambiare la nostra comprensione dell’universo.

The Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE)

DUNE è costituito da due enormi rivelatori di particelle all’avanguardia: uno più piccolo al Fermilab in Illinois e uno molto più grande da costruire un miglio sotto la superficie del Sanford Underground Research Facility nel South Dakota. Il rilevatore del Dakota del Sud sarà il più grande del suo genere mai costruito e userà 70.000 tonnellate di argon liquido e tecnologia avanzata per registrare interazioni di neutrini con una precisione senza precedenti. I prototipi più piccoli del rilevatore di distanza DUNE sono in costruzione presso il laboratorio europeo CERN, e i rilevatori completi ei loro sistemi di calcolo sono progettati e costruiti da una collaborazione di scienziati provenienti da oltre 30 paesi.

La struttura del neutrino a base lunga (LBNF)

LBNF ospiterà il rivelatore lontano DUNE a un miglio di distanza a Sanford Lab, così come il rilevatore vicino più piccolo al Fermilab. I rivelatori DUNE necessitano di strutture sotterranee dotate di una complessa tecnologia criogenica per mantenerle alla temperatura operativa di meno 300 gradi Fahrenheit. Nei prossimi anni, 875.000 tonnellate di roccia saranno scavate nelle caverne sotterranee di Sanford Lab e verrà costruita una nuova struttura scientifica. Al Fermilab, verrà costruita una nuova linea di luce per inviare al Sud Dakota del Sud un intenso fascio di neutrini da laboratorio ad alta energia di 1.300 chilometri (attraverso la pietra e la terra, senza tunnel).

Il progetto Proton Improvement Plan II (PIP-II)

L’esperimento DUNE richiede il fascio di neutrini ad alta energia più ricco di particelle al mondo – e questo è esattamente ciò che PIP-II fornirà. Il complesso acceleratore di particelle del Fermilab produce già il fascio di neutrini ad alta energia più intenso al mondo, ma un nuovo acceleratore lineare superconduttore, costruito con partner in tutto il mondo, renderà questo raggio ancora più potente. Il nuovo acceleratore lineare PIP-II sarà costruito con l’ultima tecnologia superconduttiva a radiofrequenza sviluppata presso il Fermilab e, insieme ad altri miglioramenti del complesso dell’acceleratore, fornirà il miglior fascio di neutrini possibile per DUNE. PIP-II è il primo acceleratore da costruire negli Stati Uniti che avrà importanti contributi da partner internazionali.

 

CERN ricerca neutrini in modalità DUNE

Neutrini trasformisti

Come attaccare i geni di resistenza dei batteri

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Come attaccare i geni di resistenza dei batteri

Scienziati dell’Università ITMO e del Centro di Medicina Fisica e Chimica hanno sviluppato un algoritmo in grado di tracciare la diffusione dei geni di resistenza agli antibiotici, nel DNA del microbiota intestinale e, hanno rivelato ulteriori prove del trasferimento di geni di resistenza tra diverse specie batteriche. Il metodo può contribuire allo sviluppo di schemi terapeutici efficaci e frenare la diffusione dei superbatteri.
Hai mal di gola? Il medico può scrivere una rapida prescrizione per la penicillina o l’amoxicillina e, con il colpo di penna, aiuta a ridurre la salute pubblica e la salute futura aiutando i batteri a sviluppare resistenza agli antibiotici. È giunto il momento di sviluppare alternative agli antibiotici per le piccole infezioni, secondo un nuovo documento di riflessione degli scienziati del Georgia Institute of Technology, e di farlo rapidamente. È stato ampiamente riportato che i batteri si evolveranno per rendere gli antibiotici per lo più inefficaci entro la metà del secolo, e le attuali strategie per compensare le carenze previste non hanno funzionato.
Un possibile problema è che le strategie di sviluppo dei farmaci si sono concentrate sulla sostituzione degli antibiotici in infezioni estreme, come la sepsi, in cui ogni minuto senza un farmaco efficace aumenta il rischio di morte. Ma il processo evolutivo che porta avanti la resistenza agli antibiotici non accade quasi altrettanto spesso in quelle grandi infezioni come nella moltitudine di piccoli come sinusite, tonsillite, bronchite e infezioni della vescica, hanno detto i ricercatori della Georgia Tech.
“Le prescrizioni di antibiotici contro quei piccoli disturbi, – ha detto Sam Brown, professore associato alla Scuola di Scienze Biologiche della Georgia Tech – rappresentano circa il 90 per cento dell’uso di antibiotici, e quindi sono probabilmente il principale motore dell’evoluzione della resistenza”. I batteri che sopravvivono a queste tante piccole battaglie contro gli antibiotici crescono in forza e numeri per diventare eserciti formidabili in grandi infezioni, come quelle che colpiscono dopo l’intervento chirurgico.
“Potrebbe essere più sensato somministrare antibiotici meno spesso -ha detto ancora Brown, specializzato nell’evoluzione dei microbi e nella virulenza batterica- e preservare la loro efficacia per quando sono davvero necessari. E sviluppare trattamenti alternativi per le piccole infezioni “.
Negli ultimi anni, la diffusione della resistenza agli antibiotici è diventata un problema sanitario globale. Come conseguenza dell’uso eccessivo di antibiotici in medicina e in agricoltura, il microbiota intestinale accumula geni di resistenza agli antibiotici nel suo DNA o metagenoma. Da un lato, questi geni aiutano la normale flora a sopravvivere. Tuttavia, d’altra parte, studi recenti mostrano che il microbiota intestinale è in grado di condividere i geni di resistenza con i patogeni, rendendoli così resistenti alle terapie disponibili. In questa luce, lo studio su come i geni della resistenza si diffondano diventa particolarmente importante.
I programmatori dell’Università ITMO con il Centro di ricerca di fisica e chimica hanno sviluppato un algoritmo chiamato MetaCherchant che consente di esplorare l’ambiente del gene della resistenza ai farmaci e di vedere come cambia in base alle specie di batteri. “Abbiamo creato uno strumento che consente agli scienziati di dare un’occhiata più da vicino alla differenza tra l’ambiente del gene in due o più campioni di microbiota. ” Possiamo analizzare, -afferma Vladimir Ulyantsev, professore associato del Dipartimento di tecnologie informatiche presso l’Università ITMO- i campioni di microbiota raccolti da persone diverse o dalla stessa persona in momenti diversi, ad esempio prima e dopo il trattamento antibiotico. Sulla base dei dati ottenuti, possiamo suggerire come un particolare gene di resistenza potrebbe diffondersi da una specie microbica a un’altra”.
Gli studi sull’ambiente dei geni di resistenza agli antibiotici sono principalmente importanti per la progettazione di efficaci schemi di trattamento antimicrobico. “Usando MetaCherchant, possiamo analizzare come il microbiota contribuisce alla diffusione della resistenza a una particolare classe di antibiotici. Guardando al futuro, è possibile prevedere antibiotici, la cui resistenza è più probabile che si diffonda tra i patogeni. D’altra parte, possiamo trovare farmaci, – afferma Evgenii Olekhnovich, autore principale del Centro di Medicina Fisica e Chimica- con basso rischio di resistenza e questo criterio, a sua volta, ci aiuterà a regolare e preparare terapie specifiche. È la domanda delle domande nei prossimi due anni.”
Le potenziali applicazioni dell’algoritmo non sono limitate all’analisi dei geni del microbiota intestinale poiché il programma può essere utilizzato anche per studiare campioni di genoma da suolo, acqua o fognatura. “Possiamo valutare la diffusione della resistenza, -afferma ancora Evgenii Olekhnovich -, all’interno di una singola comunità batterica, come il microbiota intestinale, così come tra diverse comunità. Ciò ci consente, ad esempio, di identificare percorsi globali di resistenza agli antibiotici diffusi attraverso l’ambiente. Il problema della resistenza è complesso e richiede un approccio diversificato, in cui il nostro strumento può essere davvero utile.”

Nuovi progressi sulle metastasi del tumore al seno più aggressivo

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I ricercatori USC hanno individuato un rimedio per contrastare una proteina che aiuta la diffusione metastatica del cancro al seno, tra le principali cause di morte per le donne.

I ricercatori di cellule staminali USC presso la Keck School of Medicine di USC offrono una nuova soluzione per sopprimere il cancro della metastasi nei polmoni. 

È positivo per i pazienti con carcinoma mammario triplo negativo (TNBC) – il tipo più letale – e comprende il 20% dei casi di cancro al seno, particolarmente difficile da trattare.

Si è sviluppato perciò un intenso interesse a trovare nuovi trattamenti per TNBC.

“Per questo sottotipo di tumore al seno, disponibili poche scelte di trattamento per le metastasi target e, tipicamente, questi trattamenti sono di alta tossicità, – ha detto Min Yu, assistente professore di biologia delle cellule staminali e medicina rigenerativa, investigatore all’Eli e Edythe Broad Center (medicina rigenerativa) e (ricerca sulle staminali) all’USC e l’USC Norris Comprehensive Cancer Center– per cui una migliore comprensione delle cellule tumorali e delle loro interazioni con organi e tessuti aiuterebbe.”

 

Ricercatori USC confezionarono un farmaco per combattere il cancro al seno, con minuscole particelle di lipidi (i mattoni del grasso). Iniettate nei topi di laboratorio, le particelle rilasciarono il farmaco nel tessuto tumorale, riducendo i tumori metastatici nei polmoni.

Nel laboratorio di Yu, Oihana Iriondo e colleghi inibendo una proteina chiamata TAK1, riducevano le metastasi polmonari nei topi con TNBC .(Il TAK1 permette alle cellule maligne del seno di sopravvivere nei polmoni e formare nuovi tumori metastatici).

 

Le metastasi sono la causa più comune di morte correlata al cancro. Un potenziale farmaco, chiamato 5Z-7- Oxozeaenol o OXO, può inibire il TAK1 e presumibilmente rende molto più difficile per le cellule di cancro al seno di formare metastasi polmonari.Tuttavia, OXO non è stabile nel sangue e pertanto non funzionerebbe nei pazienti.

 

Per superare l’ostacolo, Yu e suoi collaboratori hanno sviluppato una sinergia con il laboratorio di Pin Wang presso l’USC Viterbi School of Engineering. La squadra di Wang ha sviluppato una nanoparticella – composta da una minuscola sacca di grasso – che funziona come una bomba intelligente per trasportare la droga attraverso il flusso sanguigno e consegnarla direttamente ai tumori.

Questa nanoparticella è caricata con OXO per trattare topi che erano stati iniettati con cellule di cancro al seno umano. OXO non ha ridotto i tumori primari nel seno, ma ha ridotto notevolmente i tumori metastatici nei polmoni con effetti collaterali tossici minimi.

 

“Sui pazienti con carcinoma mammario triplo negativo, – ha detto Yu – le chemioterapie sistemiche in gran parte sono inefficaci e molto tossiche. Le nanoparticelle sono un approccio promettente per fornire trattamenti più mirati, con l’OXO, per fermare il processo mortale delle metastasi”.

Il carcinoma mammario metastatico è classificato come carcinoma mammario allo stadio 4, una volta diffuso in altre parti del corpo, di solito polmoni, fegato o cervello. (Raggiunge questi organi penetrando nel sistema circolatorio o linfatico e migrando attraverso i vasi sanguigni, secondo la National Breast Cancer Foundation).

 

Il cancro al seno, tumore più comune nelle donne americane, ad eccezione dei tumori della pelle, possiede un rischio medio di sviluppo di 1 su 8 per una donna statunitense, secondo l’American Cancer Society.

Circa 266.120 nuovi casi di carcinoma mammario invasivo diagnosticati ogni anno nelle donne: circa 40.920 donne moriranno, secondo le stime dell’ACS.

La ricerca USC è in sviluppo, utilizzando test sugli animali. Il metodo scoperto sembra promettere, ma saranno necessarie altre ricerche per essere applicato agli esseri umani come trattamento.

 

 

La materia oscura è fatta di buchi neri primordiali ?

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Immagini catturate dai moderni telescopi spaziali come Hubble e Spitzer

Telescopio spaziale di Spitzer

mostrano lo sfondo a infrarossi o la luce a infrarossi non associata a fonti note. Potrebbe essere stato lasciato dai primi oggetti luminosi dell’universo, comprese le stelle. La materia oscura – la sostanza elusiva che compone la maggior parte dell’universo materiale – potrebbe essere fatta di buchi neri?

Alcuni astronomi iniziano a pensare che quest’allettante possibilità sia sempre più probabile. Alexander Kashlinsky, astronomo (NASA Goddard Space Flight Center) Maryland, pensa che i buchi neri formatisi subito dopo il Big Bang, possano perfettamente spiegare le osservazioni delle onde gravitazionali, o quelle increspature nello spazio-tempo, fatte dall’interferometro laser Gravitational-Wave Osservatorio (LIGO)

Interferometro LIGO

, così come le precedenti osservazioni dell’universo primordiale.

Se l’ipotesi di Kashlinsky è corretta, allora la materia oscura potrebbe essere composta da questi buchi neri primordiali, e tutte le galassie potrebbero essere incorporate in una vasta sfera di buchi neri e l’universo primitivo potrebbe essersi evoluto in modo diverso rispetto a ciò che viene pensato dalla maggior parte degli scienziati. Nel 2005, Kashlinsky e colleghi hanno usato il telescopio spaziale Spitzer della NASA per esplorare il bagliore di fondo della luce a infrarossi che si trova nell’universo. Poiché la luce proveniente da oggetti cosmici richiede una quantità limitata di tempo per viaggiare nello spazio, gli astronomi sulla Terra vedono oggetti distanti nel modo in cui quegli oggetti guardavano nel passato. Kashlinsky e il suo gruppo volevano guardare verso l’universo primordiale, oltre il punto in cui i telescopi possono raccogliere singole galassie.”Se guardiamo New York da lontano,- ha detto Kashlinsky – non puoi vedere singoli lampioni o edifici, ma puoi vedere questa luce cumulativa diffusa che producono”.Quando i ricercatori avranno rimosso tutta la luce dalle galassie note in tutto l’universo, potrebbero ancora rilevare la luce in eccesso – il bagliore di fondo delle prime fonti per illuminare l’universo più di 13 miliardi di anni fa. Poi, nel 2013, Kashlinsky e colleghi usando l’Osservatorio a raggi X Chandra

osservatorio a raggi x Chandra

della NASA per esplorare il bagliore di fondo in una parte diversa dello spettro elettromagnetico: i raggi X. Con sorpresa, osservarono infrarossi e raggi X e le uniche fonti che sarebbero in grado di produrre questo sono i buchi neri, -ha rimarcato Kashlinsky – e non mi è venuto in mente in quel momento che questi potrebbero essere i buchi neri primordiali. “ Col rilevamento LIGO,  l’osservatorio che ha effettuato il primo rilevamento diretto delle onde gravitazionaliincrespature cosmiche nella struttura dello spazio-tempo stesso – prodotto da una coppia di buchi neri in collisione. Era l’inizio di nuove scoperte, e gli astronomi potevano raccogliere questi segnali unici creati da potenti eventi astronomici e, per la prima volta, rilevare direttamente i buchi neri (invece di vedere il materiale illuminato attorno ai buchi neri). Simeon Bird, astronomo (Johns Hopkins University), ha ipotizzato che la scoperta potrebbe essere ancora più significativa. Bird ha suggerito che i due buchi neri rilevati da LIGO potrebbero essere primordiali. I buchi neri primordiali non si formano dal collasso di una stella morta (il meccanismo più comunemente noto per la formazione del buco nero che si svolge relativamente tardi nella storia dell’universo). Invece, i buchi neri primordiali si sono formati subito dopo il Big Bang quando le onde sonore si sono irradiate in tutto l’universo. Le aree in cui quelle onde sonore sono più dense potrebbero essere crollate per formare i buchi neri.

“Un pensiero ci tormenta, – spiegava Kashlinsky – perchè questi buchi si vedono nella consistenza dell’impasto della pizza. È lo stesso con lo spazio-tempo, con la sola eccezione che quei buchi sono buchi neri primordiali. Per ora, questi buchi neri primordiali rimangono ipotetici.” Kashlinsky, colpito dal suggerimento di Bird, andando avanti, esaminò le conseguenze che questi buchi neri primordiali avrebbero avuto sull’evoluzione del cosmo. (Bird non è stato il primo scienziato a suggerire che la materia oscura potrebbe essere fatta di buchi neri, sebbene non tutte queste idee riguardino i buchi neri primordiali). Per i primi 500 milioni di anni della storia dell’universo, – ha detto poi Kashlinsky – la materia oscura collassò in grumi chiamati aloni, che fornivano i semi gravitazionali che avrebbero permesso alla materia di accumularsi e formare le prime stelle e galassie. Se quella materia oscura fosse composta da buchi neri primordiali, avrebbe creato questo processo che si cerca di indagare.  Per Kashlinsky questo processo può spiegare sia l’eccesso di sfondo cosmico dell’infrarosso

Eccesso di sfondo cosmico all’infrarosso

che l’eccesso di raggi X cosmici, osservato diversi anni fa coi suoi colleghi. Il bagliore infrarosso sarebbe venuto dalle prime stelle che si sono formate all’interno degli aloni. Anche se le stelle irradiano luce ottica e ultravioletta, l’espansione dell’universo tende naturalmente quella luce in modo che le prime stelle appaiano, agli astronomi sulla Terra, che emettono una luce infrarossa. Senza gli aloni in più, -ha aggiunto ulteriormente – le prime stelle potrebbero generare un bagliore infrarosso, ma non nella misura in cui Kashlinsky e colleghi l’hanno osservato. Il gas che ha creato quelle stelle sarebbe caduto anche sui buchi neri primordiali, riscaldandosi fino a temperature abbastanza elevate da far scoppiare i raggi X. Lo sfondo dell’infrarosso cosmico può essere spiegato – anche se in misura minore – senza l’aggiunta di buchi neri primordiali, mentre lo sfondo dei raggi X cosmici non può essere spiegato. I buchi neri primordiali collegano insieme le due osservazioni. “Tutto si combina notevolmente bene, -ha infine osservato Kashlinsky – perché occasionalmente, quei buchi neri primordiali si sarebbero avvicinati abbastanza da iniziare a orbitare l’uno accanto all’altro (il cosiddetto sistema binario). Nel corso del tempo, questi due buchi neri si unirebbero a spirale e irradierebbero le onde gravitazionali, potenzialmente simili a quelle rilevate da LIGO. Sono necessarie più osservazioni di buchi neri per determinare se questi oggetti sono primordiali o formati più tardi nella storia dell’universo.”

I nuovi orizzonti della batteria-litio-zolfo

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Nel 2014, il drone Zephyr 7 di Airbus
basato sulle batterie al litio-zolfo si è prodotto in un volo non-stop di 11 giorni. La nuova generazione di batterie al litio potrebbe potenziare i droni aerei ed anche, i robot subacquei

I motori di Oxis Energy, startup di Abingdon, nel Regno Unito, stanno costruendo batterie con una batteria di litio e zolfo che immagazzinano quasi il doppio dell’energia per chilogrammo delle attuali batterie agli ioni di litio delle auto elettriche. Le batterie non durano molto a lungo, e vanno eliminate dopo circa 100 cicli di ricarica. La piccola fabbrica pilota di Oxis punta a una produzione annua da 10.000 a 20.000 batterie, ma ancora non arriva a questa produttività.  David AinsworthChief Technology Officer, afferma che la società punta su un premio molto più grande: il mercato dei veicoli elettrici da $ 100 miliardi. “I prossimi anni, – afferma Ainsworth – saranno critici, perché insieme ad altri vediamo il litio-zolfo


Batterie litio-zolfo
, erede apparente agli ioni di litio e quindi come tecnologia dominante della batteria”. Sono incoraggiati da una serie di recenti rapporti e scoperte che lasciano intravvedere come molte delle sfide della tecnologia e della durata possono essere superate. “Si vedono progressi, – dice Brett Helms, chimico del Lawrence Berkeley National Laboratory -California- su una serie di fronti “. “È davvero un compito arduo creare batterie al litio-zolfo, -ha affermato Linda Nazar, (Università di Waterloo – Canada) chimico e pioniere al litio-zolfo ad alta capacità.  Sono economiche, leggere, piccole e sicure, ma rimane cauta. Migliorando un fattore, – poi aggiunge-, spesso viene a scapito degli altri. Non è possibile, adesso, ottimizzare tutti contemporaneamente.” Le batterie agli ioni di litio contengono due elettrodi, un anodo e un catodo separati da un elettrolita liquido che consente agli ioni di litio di muoversi avanti e indietro durante i cicli di carica. All’anodo, gli atomi di litio sono incuneati tra strati di grafite, un tipo di carbonio altamente conduttivo. Mentre la batteria si scarica, gli atomi di litio rilasciano elettroni e generano una corrente. Gli ioni di litio caricati positivamente si muovono nell’elettrolito. Dopo aver alimentato qualsiasi cosa, da un cellulare a un’automobile elettrico, tipo Tesla
, gli elettroni si riavvolgono al catodo, che è in genere costituito da un mix di diversi ossidi metallici. Qui, gli ioni di litio positivi nell’elettrolito si accovacciano accanto agli atomi di metallo che hanno assorbito gli elettroni in movimento. Il caricamento inverte questo rimescolamento molecolare mentre una tensione esterna spinge gli ioni di litioa liberare i loro ospiti metallici e ritornare all’anodo. I catodi di ossido di metallo sono affidabili. Ma i metalli, in genere una combinazione di cobalto, nichel e manganese, sono costosi. E servono due atomi di metallo che lavorano insieme per contenere un singolo elettrone, questi catodi sono pesanti, limitando la capacità di queste cellule a circa 200 wattora per chilogrammo (Wh / kg). Lo zolfo è molto più economico e ogni atomo di zolfo può contenere due elettroni. Teoricamente, una batteria con un catodo di zolfo può immagazzinare 500 Wh / kg o più.

 

Le parti costitutive secondo una ricerca cinese di una batteria litio-zolfo

La tecnologia delle batterie agli ioni di litio (LIBs) è una delle più importanti fonti di alimentazione mobile per laptopfotocamere e smartphone. L’attuale densità energetica delle LIB si avvicina al limite teorico, e sottolinea l’urgente necessità di nuovi sistemi di batterie ad alta densità energetica.Le batterie al litio-zolfo sono più piccole e più leggere delle batterie agli ioni di litio. Ma lo zolfo non è un materiale ideale per un elettrodo. È isolante: non passerà gli elettroni agli ioni di litio che attraversano l’anodo. Questo fino al 2009, quando i ricercatori di Nazar hanno dimostrato che lo zolfo poteva essere incorporato all’interno di un catodoche, come l’anodo, era fatto di carbonio conduttivo. Ha funzionato, ma ha portato altri problemi. Forme di carbonio come la grafite sono altamente porose. Ciò aumenta le dimensioni complessive della batteria senza aumentare la capacità di memorizzazionee significa che sono necessari più costosi elettroliti liquidi per riempire i pori. Ancora peggio, quando gli ioni di litio si legano agli atomi di zolfo del catodo, reagiscono formando molecole solubili chiamate polisolfuri che galleggiano via, via degradando il catodo e limitando il numero di cicli di carica. polisolfuri possono anche migrare verso l’anodo, dove possono devastare ulteriormente. Progressi stanno arrivando su tutti i fronti. Tre gruppi hanno fatto passi da gigante nel risolvere i problemi al catodo. I ricercatori guidati da Helms aggiungendo uno strato di polimero a un catodo di carbonio-zolfo, sigillano i polisolfuri e consentono alla batteria di sopravvivere a 100 cicli di carica. Un altro gruppo, guidato da Arumugam Manthiram (Università del Texas-Austin), sostituisce la grafite in un catodo con grafene. Il grafene è altamente conduttivo in fogli di uno spessore di un solo atomo. I catodi di grafene hanno una quantità di zolfo cinque volte superiore a quella di grafite tradizionale, aumentando così lo stoccaggio di energia.

Tra i sistemi di accumulo ad alta densità di energia, le batterie al litio-zolfo, con una densità energetica di 2600 Wh kg-1 (circa 3 ~ 5 volte quella delle tradizionali LIBs), hanno il potenziale per servire come prossima generazione di batterie ad alta energia. Lo zolfo possiede una conduttività elettrica molto bassa di 5×10-30 S cm-1 a temperatura ambiente. Pertanto, 30-70 wt. materiali conduttivi per cento, ad es. nanotubi di carbonio, grafene, carbonio poroso e polimeri conduttivi, devono essere aggiunti nell’elettrodo per l’alto utilizzo di zolfo con la tecnologia di elaborazione corrente. L’aggiunta di materiali di nanocarburi con bassa densità di impilamento neutralizza l’alta densità di energia, in particolare la densità volumetrica delle batterie al litio-zolfo.

I ricercatori del prof. Qiang Zhang (Tsinghua University -Pechino) hanno sviluppato una nuova strategia per aumentare la quantità di zolfo caricata fino al 90% in peso di materiali catodici basati su un impalcatura CNT / S
allineato, a vantaggio della densità di energia volumetrica ultraelevata di batterie allitio-zolfo. Una capacità volumetrica di 1116 m Ah · cm-3 e una densità di energia volumetrica di 434 Wh · L-1, due parametri che sono stati ottenuti in base al volume della cella totale, inclusi catodocollettore di correntemembranaanodo, ben oltre il litio sottile- batteria del film. “La progettazione di materiali a base di catodi di zolfo, -ha affermato Qiang– per batterie al litio con zolfo con elevata densità di energia volumetrica è fondamentale per le applicazioni pratiche. Hanno selezionato impalcatureCNT allineati come impalcature ultra-leggere perché dimostrano un’architettura porosa gerarchica, una conduttività elettrica estremamente elevata, bassa densità e basso costo.”

 In effetti, tali tipi di CNT allineati con una lunghezza di 20-200 μm sono stati prodotti in serie in un reattore a letto fluido a un costo inferiore a $ 100 per kg-1. “Questi CNT allineati possono essere facilmente dispersi in un polimero con una soglia di percolazione estremamente bassa conduttiva dello 0,0025% in peso, ma possono anche servire da impalcatura conduttrice ad alta efficienza per materiali di zolfo“. Il prof. Fei Wei aggiunge: “Abbiamo trovato un metodo scalabile, a temperatura ambiente, ad un passo per la fabbricazione di un catodo CNT / zolfo allineato. Il materiale composito del catodo possiede un contenuto di zolfo ultraelevato del 90% in peso e un’alta densità di 1,98 g cm-3, che è da 2 a 4 volte quello del catodo composito solfo carbonio di routine, pertanto la densità volumetrica di energia di questa ricerca è ben oltre il risultato riportato. “Il prof. Zhang, sottolinea che questo approccio incentiva la costruzione di batterie al litio-zolfo con un’elevata densità di energia volumetrica utilizzando un catodo composito ad alta densità con una quantità elevata di caricamento di zolfo. Il futuro sviluppo delle batterie al litio di zolfo potrebbe concentrarsi sulla strategia di alleviare l’effetto navetta e sopprimere i dendriti di litio e un ulteriore miglioramento della densità di energia gravimetrica e volumetrica dei sistemi elettrochimici al litio-zolfo.

Robot per allungare organi tubolari nell’uomo

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Riportano ricercatori del Boston Children’s Hospital che un robot medico impiantato e programmabile può allungare gradualmente gli organi tubolari applicando forze di trazionestimolando la crescita dei tessuti negli organi rachitici senza interferire con la funzione degli organi o causando apparente disagio.

Il sistema robotico ha indotto la proliferazione cellulare e la parte allungata dell’esofago in un grande animale di circa il 75%, mentre l’animale è rimasto sveglio e mobile.

robot medico per allungare organi tubolari

“Questo progetto è la dimostrazione del fatto che i robot in miniatura, – dice Russell Jennings, direttore chirurgico del centro per il trattamento delle vie aeree e esofagee del Boston Children’s Hospital – possono indurre la crescita di organi all’interno di un essere vivente per la riparazione o la sostituzione, evitando la sedazione e la paralisi attualmente necessarie. Ad esempio, nei casi più difficili di atresia esofagea, raro difetto alla nascita in cui parte dell’esofago è mancante. I potenziali usi di tali robot devono ancora essere esplorati a fondo, ma verranno sicuramente applicati a molti organi in futuro.”

Il dispositivo robotizzato motorizzato è collegato solo all’esofago, quindi consentirebbe al paziente di muoversi liberamente. Coperto da una “pelle” liscia, biocompatibile e impermeabile,

Il dispositivo di trazione

include due anelli di fissaggio, posti intorno all’esofago e cuciti con punti di sutura. Un’unità di controllo programmabile al di fuori del corpo applica forze di trazione regolabili agli anelli, tirando lentamente e costantemente il tessuto nella direzione desiderata.

Il dispositivo è stato testato negli esofagi dei maiali (cinque hanno ricevuto l’impianto e tre sono serviti da controllo). La distanza tra i due anelli (tirando l’esofago in direzioni opposte) è stata aumentata da piccoli incrementi di 2,5 millimetri ogni giorno per 8-9 giorni. Gli animali erano in grado di mangiare normalmente anche con il dispositivo che applicava trazione al suo esofago e non mostravano alcun segno di disagio.

Nel decimo giorno, il segmento dell’esofago era aumentato in lunghezza del 77% in media. L’esame del tessuto ha mostrato una proliferazione delle cellule che compongono l’esofago. L’organo ha anche mantenuto il suo diametro normale.

“Questo dimostra che non abbiamo semplicemente allungato l’esofago – dice Pierre Dupont, ricercatore e capo della Bioingegneria cardiaca pediatrica al Boston Children’s– ma si è allungato attraverso la crescita cellulare”.

Il team di ricerca ora inizia testare il sistema robotico in un grande modello animale per la sindrome dell’intestino corto. Mentre l’atresia esofagea è piuttosto rara, la prevalenza della sindrome dell’intestino corto è molto più alta nella popolazione umana. L’intestino corto può essere causato da enterocolite necrotizzante nel neonato, morbo di Crohn negli adulti o grave infezione o cancro che richiede la rimozione di un ampio segmento di intestino.

“La sindrome dell’intestino corto è una malattia devastante, – afferma il gastroenterologo Peter Ngo – che richiede ai pazienti di essere nutriti per via endovenosa. Questo, a sua volta, può portare a insufficienza epatica, a volte richiedendo un trapianto di fegato o multiviscerale (fegato-intestino), per esiti devastanti e costosi”.

Il team spera di ottenere supporto per continuare i test del dispositivo in modelli animali di grandi dimensioni e alla fine condurre prove cliniche. Verranno anche testate altre funzionalità.

“Nessuno conosce -spiega Dupont – la migliore quantità di forza da applicare a un organo per indurre la crescita. Oggi, infatti, non sappiamo nemmeno quali forze stiamo applicando clinicamente, è tutto basato sull’esperienza del chirurgo: un dispositivo robotico è in grado di individuare le forze migliori da applicare e quindi applicare precisamente quelle forze“.

 

Con un determinato probiotico si cura l’IBS e anche la depressione

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Con un determinato probiotico si cura l’IBS e anche la depressione

Alla McMaster University trovati probiotici che aiutano nei sintomi della depressione, e aiutano nei disturbi gastrointestinali.
All’ Health Research Institute Farncombe famiglia Digestive hanno scoperto che molti adulti con sindrome dell’intestino irritabile (IBS) riportano miglioramenti dalla co-esistente depressione prendendo uno specifico probiotico rispetto agli adulti con IBS che prendono solo un placebo. E’ un ulteriore prova, -ha detto Premysl Bercik, professore di medicina presso la McMaster e gastroenterologo per Hamilton Health Sciences – su come il microbiota negli intestini è in comunicazione diretta con il cervello.” Viene dimostrato, -ha detto inoltre- che il consumo di un probiotico specifico è in grado di migliorare i sintomi intestinali e problemi psicologici in IBS. Nuove strade non solo per il trattamento di pazienti con disturbi intestinali funzionali, ma anche per i pazienti con malattie psichiatriche primarie”. IBS è il disturbo gastrointestinale più comune nel mondo, molto diffuso in Canada: colpisce l’intestino crasso e i pazienti soffrono di dolore addominale e di alterate abitudini intestinali, come diarrea e costipazione. Inoltre, sono spesso colpiti da ansia cronica o da depressione. Lo studio ha coinvolto 44 adulti con IBS e da lieve a moderata ansia o depressione. Seguiti per 10 settimane e, la metà ha preso una dose giornaliera di probiotico Bifidobacterium longum NCC3001Bifido bacterium bifido, mentre gli altri assumevano solo un placebo. A sei settimane, 14 dei 22, o 64%, dei pazienti che hanno assunto il probiotico facevano registrare una diminuizione nei punteggi che testano lo stato di depressione, rispetto a 7 dei 22 (o 32%) dei pazienti trattati con placebo. “Una risonanza magnetica funzionale (fMRI) ha mostrato che il miglioramento nei punteggi di depressione, associati a cambiamenti in molteplici aree cerebrali coinvolte nel controllo dell’umore. Per identificare il probiotico, si è provato in modelli preclinici -ha detto Bercik – e indagando sui percorsi attraverso i quali i segnali provenienti dall’intestino raggiungono il cervello”. “I risultati, – ha detto Maria Pinto Sanchez, ricercatrice McMaster -.sono molto promettenti ma devono essere confermati in un futuro, con una prova su più larga scala”. Il probiotico è un batterio che è in grado di svolgere un effetto benefico e favorevole sulla salute. In particolare, i probiotici svolgono una salutare azione benefica sulla flora batterica intestinale – oggi denominata microbiota – essendo in grado di ripristinarne i delicati equilibri. Per essere efficaci, però, questi batteri devono essere assunti vivi e in questa forma devono raggiungere l’intestino.
Il microbiota è diverso da individuo a individuo, già dalla nascita: il parto naturale permette di acquisire parte dei batteri dalla madre, mentre chi nasce mediante il parto cesareo svilupperà una flora batterica differente. Il latte materno trasmette i batteri che colonizzano l’intestino, ma anche i composti che, arrivando nell’intestino del bambino, facilitano la crescita dei batteri a effetto più favorevole.
Un intestino sano è popolato da un grande numero di ceppi batterici differenti: una ricca flora intestinale salvaguardia da molti disturbi. In molte situazioni di malattia, invece, un ceppo batterico finisce per “dominare” sugli altri, e il numero di ceppi si riduce più o meno grandemente.
Spesso si fa confusione tra due termini molti simili ma che funzionano in modo diverso. l probiotici sono integratori composti da batteri vivi fisiologici che non danneggiano la salute e apportano benefici. I prebiotici invece non sono microrganismi vivi, rappresentano però il nutrimento per i probiotici. Ne sono un esempio i cibi ricchi di fibre. I batteri, infatti, nutrendosi delle fibre, crescono, si riproducono e colonizzano l’intestino. Questi sono importanti per:
• Stimolare il metabolismo
• Aumentare l’assorbimento dei sali minerali
• Aiutare il sistema immunitario
• Usufruire delle vitamine