Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Диаграмма

Микроэнергогенераторы

Ключевые слова:  Интернет-олимпиада, Наноазбука

Автор(ы): Никельшпарг Эвелина Ильинична

Опубликовал(а):  Травкин Илья Олегович

10 мая 2009

Ответ Никельшпарг Эвелины Ильиничнына задачу "Микроэнергогенераторы" секции "Школьники-биология"

1)Для начала хотелось бы предложить некоторые известные или опробованные варианты:

Британские учёные предложили новую систему, которая позволит вырабатывать энергию для нанороботов. Она имитирует механизм получения сперматозоидами энергии для передвижения. Подобный источник энергии понадобится наномашинам для того, чтобы выполнять в организме человека определённые задачи, например, впрыскивание лекарственного препарата. Энергия к хвосту сперматозоида млекопитающего доставляется благодаря преобразованию ферментов глюкозы. Присоединяясь к хвосту, они преобразуют сахар в аденозинтрифосфорную кислоту, которая и служит её источником. Тинацу Мукай, Алекс Тревис и их коллеги из Института здоровья животных им. Бейкера при Корнельском университете предположили возможность отделения ферментов от этой структуры и прикрепления их к неорганической замене - никель-нитрилотриацетатной микросхеме. Исследователи изменили гексокиназу, первый фермент гликолиза, на маркер, ориентированный на привязывание к специальной золотой поверхности. Несмотря на это, фермент продолжал действовать. Затем они привязали к этой же поверхности глюкоза-6-фосфат изомеразы. Он также продолжал функционировать. Когда они оба были привязаны к определённой поверхности, результат реакции первого фермента служил субстратом для реакции второго. В качестве основных источников энергии многие ученые предполагают использовать локальные запасы глюкозы и аминокислот в теле человека (т.е. именно те вещества, из которых и мы получаем энергию).

a) энергия химических связей (расщепление ненужных жиров – суперпохудение)

В нашем организме каждую минуту происходят многочисленные химические реакции. Мы едим, движемся, выделяем разные запахи за счет химических реакций. Что если, какие-то из них приспособить в качестве источника энергии. Например, в наших клетках содержаться вещества «в запасе». Это могут быть углеводы, жиры, иногда даже аминокислоты. Их можно использовать в качестве энергии. Расщепление жиров в жировых клетках – прекрасное решение с источником энергии и одновременно средство для похудания. Если устанавливать «энергетическую станцию» в жировые клетки, то она может постепенно расщеплять жиры, получать энергию для дальнейших расщеплений.

b) энергия солнечного света (при загаре нанороботы работают)

Многие любят позагорать. Во время процесса, когда мы получаем массу лучей прямо на кожу, происходят многочисленные химические процессы. Некоторые из них неблагополучные. Биомолекулы поглощают кванты света и переходят в возбужденное состояние. Этот процесс можно проиллюстрировать диаграммой, предложенной в 1935 году польским физиком Александром Яблонским: (см. рис. слева). В возбужденных состояниях молекулы живут очень недолго (ничтожные доли секунды), они становятся очень реакционноспособными. У такой молекулы есть три возможных судьбы. Первая – вернуться в основное состояние; при этом избыток энергии, принесенный квантом света, перейдет в тепловую энергию, которая передастся другим молекулам и рассеется в окружающее пространство. Вторая – испустить квант света (если молекула перед этим была в синглетном состоянии, излучение называется флуоресценцией, а если в триплетном – фосфоресценцией). Наконец, возбужденная молекула может вступить в ту или иную химическую реакцию: изомеризации, ионизации, диссоциации или в реакцию с другими молекулами. Для нашей кожи опасен третий путь – химические реакции возбужденных молекул. Он может вызывать мутации, а это может стать причиной перерождения клетки в раковую. Чтобы не допустить этого мы используем крема от загара и т.д. Но ведь можно вводить «энергостанции» прямо в кожу. Они будут преобразовывать (для собственных нужд в том числе) энергию, полученную при УФ излучении и тем самым, предотвращать клетки от различных нежелательных реакций! Здесь тут же встанет вопрос, как быть с желательными реакциями. Так как УФ действует не сразу, только при определенных дозах начинаются вредные процессы, то и станции могут включаться после определенной дозы УФ.

c) разность давлений (например, в капиллярах и артериях)

Можно энергетические станции превратить в нГЭС. Установить микроэнергогенератор прямо на стенках сосудов и вырабатывать энергию от тока крови. Давление в сосудах очень велико, поэтому мощность таких установок будет тоже значительной.

d) энергия движения (перемещаясь по течению крови, они запасаются энергией от перемещения). Постоянный ток человеческой крови – это энергетический потенциал. Если бы у станций была возможность запасаться энергией от этого тока, было бы очень выгодно. Только в отличии от наногидроэлектростанций такие «плавающие» генераторы могут вырабатывать энергию за счет перемещения по сосудам.

e) Тепловая энергия.

Наше тело при нормальных условиях в нормальном состоянии имеет температуру 36,6º. Если использовать тепловое движение молекул нашего тела, то можно получить неплохие результаты. Только как это отразиться на нашем самочувствие непонятно. Другой вопрос, если понижать температуру тела намеренно. Если станции будут рассчитаны на кратковременное использование, то можно отправить их в место воспаления, чтобы они подзаряжались от высокой температуры, а в это время выработанную энергию тратили на лечение, например, нанороботы, то убьем сразу двух зайцев. Когда температура восстановиться, станции вместе с нанороботами могут перестать функционировать и выйти из организма.

f) поедание отмерших частиц (работа лизосом)

Это, конечно, работа лизосом, но если у энергостанции будут в качестве помощников другие наномеханизмы, например, нанороботы, то они смогут поедать отмершие участки клетки или сосуда (в качестве «пищи» могут быть и холестериновые бляшки). Использование такого метода позволяет вылечить или обновить организм, при этом не затрачивая энергию из вне. Нужно только изобрести механизм, способный преобразовывать энергию связей в электрическую или механическую.

g) разность зарядов на мембране

С помощью разности зарядов во внешней среде и внутриклеточном пространстве все живое существует (в т.ч. появляются импульсы). Если дозировано использовать подобную энергию (а это возможно, если устанавливать механизм через мембрану или использовать каналы), то получим чем-то схожее с батарейкой устройство. Но это сделать проблематично, чтобы не повредить клетку. К тому же довольно рискованно.

h) энергия человеческого движения (Человек бежит – мышцы работают – энергостанции заряжаются).

Движение человеческого скелета обеспечивается мышцами, а именно белками. Ответственный за движение белок – актин. Если попробовать использовать (только на время лечения) энергию передвижения этого белка с помощью встроенных в него энергостанций, то можно обеспечить энергией некоторые механизмы, которые будут лечить человека. Несколько абсурдные на данный момент идеи:

i) использование роста волос (и не только)

Процесс роста волос, деления клеток в основном, можно приспособить в качестве источника энергии. Главная идея в том, что можно использовать АТФ (универсальный источник энергии в организме), переработанный энергогенераторами в собственную энергию. Это можно сделать во многих процессах организма, но именно от роста волос вред будет наименьший (если, конечно, еще останется, что терять)

j) работа челюстей

чисто механическая работа передвижения челюстей может послужить таким же источником энергии. Конечно, альтернатив множество: сжимание пальцев на руке, моргание и т.д., но именно жевание (которое происходит в полости рта, т.е. в самом организме) мне кажется наиболее подходящим. Если сам процесс жевания не устроит, то можно использовать глотание (перистальтику в том числе) и многое другое. Это в чем-то похоже на энергию от кровеносных сосудов, зато энергия движения слюны может быть получена при встраивании станций в пищевод.

k) мозговая деятельность

Пожалуй, самая абсурдная идея. Мозговая деятельность, или интенсивный ионный обмен, наиболее мощный источник энергии в организме. Но влияние на нейроны, любое, небезопасно, поэтому эта идея, возможно, в чем-то близкая к идее g, неприемлема. Хотелось бы сказать, что какими бы странными не казались идеи, все они говорят об одном – наш организм обладает огромным потенциалом, и можно найти сотни применений этому потенциалу и путей его использования. Вопрос, как мы при этом будем себя чувствовать?

2) Места посылки нанороботов:

  • в кровеносные сосуды (c, d, e)
  • в эпителий (b)
  • в мышечную ткань (h)
  • в мозг (k)
  • в жировую ткань (a)
  • в желудок/кишечник/пищевод (a, j)
  • в область воспалений (e)

3) Это зависит от места их расположения и КПД.

Например, максимальная линейная скорость течения крови по артериям не превышает 0,3—0,5 м/с, а скорость распространений пульсовой волны у людей молодого и среднего возраста при нормаль­ном артериальном давлении и нормальной эластичности сосудов равна в аорте 5,5—8,0 м/с, а в периферических артериях — 6,0—9,5 м/с. Но и этого достаточно. Самодельная гидроэлектростанция при скорости течения реки в месте испытания 0,4 м/с, высоте подъема воды 20 см, обеспечила 7 кубометров в день. Скорость течения крови примерно такая же, только энергии нужно поменьше и размер у станции тоже таким большим не будет. Самая эффективная станция будет наверняка на мембране. В клетке заряд составляет примерно -70мВ, для подачи импульса необходимо его как минимум поднять до -40мВ. Поэтому, чтобы импульсы искусственно не проходили, необходимо держать клетку на уровне от -70(или менее) мВ до -35 мВ. Разности в 35 мВ можно использовать для обеспечения энергией устройств в организме. Если таких станций будет несколько, то энергии хватит и для искусственного органа.

4) При длительной эксплуатации подобных устройств, как ни обидно, почти наверняка могут возникнуть проблемы. Например, артерии, отягощенные такими устройствами, могут терять эластичность, а клетки, с постоянно меняющимся энергопотенциалом, могут совсем сбиться с курса и перестать подавать сигналы. Чужеродные элементы могут вызвать подозрение у иммунной системы. Они могут быть повреждены собственным соком в организме. Они могут быть окислены. При встраивании в пищевод или мышцы могут вызывать неудобства или даже раздражение. При термической выработки энергии способны понизить температуру тела. Их использование должно технически отлажено и недолговременно. Потому что организм как система с самозащитой может за себя постоять и не пустить чужеродных агентов, даже если они несут пользу.


В статье использованы материалы: Интернет-олимпиада


Средний балл: 10.0 (голосов 7)

 


Комментарии
Ух!

Много всякого придумано.
Особенно улыбнуло суперпохудение Ведь выработанную энергию надо ещё будет куда-то сбросить. В общем, в режиме похудения человек будет вынужден носиться как электровеник на зависть всем "зайцам-Energizerам".

Да, Эвелина. Напиши пожалуйста что-нибудь на адрес nabiullin.alex@tut.by, чтобы я мог переслать фотографии

Пастух Евграфович, 12 мая 2009 16:36 
Нанороботы конечно нужны! Но, уверовав в силу самовнушения - например, при ожоге, можно не разрешать образовываться ожеговому пузырю и покраснению - попробывал - ПОЛУЧИЛОСЬ на 100%! Нанороботы - отдыхают.
Каков же тут биомеханизм запрета реакции или сверхреакции?
Угу.
Сталью на руки капните как-нибудь разочек. И запретите образовываться ожоговому пузырю

----
Каков же тут биомеханизм запрета реакции или сверхреакции?
---

Что тут имеется в виду?
Пастух Евграфович, 13 мая 2009 10:15 
В качестве отвлечения от биороботов:

"В жидкости ожоговых пузырей обнаружено большое количество цитокинов и факторов роста, которые стимулируют заживление раны. Так, в значительных количествах там имеются тромбоцитарный фактор роста, ИЛ-6 и трансформирующий фактор роста. В небольших количествах выявлены эпидермальный фактор роста и фактор роста фибробластов и очень низкие уровни имели ИЛ-1а, ИЛ-1в и ИЛ-8. Добавление 1% пузырной жидкости к среде для культивирования клеток способствовало лучшему росту кератиноцитов (I.Ono et al.,1995)."
Да, а можно затушить о свою руку сигарету (420-460 градусов) и внушить отсутствие последствий: ни альтерации ни развития микротромбозов, вот это работа биоробота - за секунды! - Как?
Конец отвлечения от биороботов нижнего уровня.
То, что написано, скорее полет фантазий... Насчет ожогов - довольно интересно. Только фраза "уверовав в силу самовнушения - например, при ожоге можно не разрешать образовываться ожеговому пузырю и покраснению" - это мне напомнило йогов (кстати, используя силу мысли, можно заставить микроэнергогенераторы работать - k)
При всем уважении... Убогая фантазия Дрекслера
придумавшего "нанороботов" не идет ни в какое сравнение
с шустрами и шустроникой Станислава Лема. Иногда я подозреваю, что Дрекслер
покуривая траву просто украл идеи Лема. Но тот же Лем учил нас, что будущее оно не больше, толще, и быстрее.
Оно ДРУГОЕ. Как сказал Киану Ривз, игравший Клаату в давешнем мувике
- Different...
Задайтесь, пожалуйста, вопросом почему эволюция сотворила многоклеточные
организмы из примитивных бактерий? Да потому, что у машины размером с бактерию есть
огромный недостаток. Она пожирает топливо вокруг себя и ага... Дальше все ограничивается диффузией.
С точки зрения бактерии работа кишечника - чудо, телепортация. Точно также
работает flying cutter которым я убираю лишний материал на фрезерном станке.
Это в чистом виде телепортация в сравнении с нанесением покрытий или
электрополировкой в гальванике, позволящей мне оперировать слоями атомной толщины.
Убогая фантазия Дрекслера рисовала "ассемблеров" собирающих реактивный двигатель.
Он просто плохо учился, иначе бы задумался о транспорте компонентов.
Именно поэтому на Севере организмы стремяться стать больше. Ибо объем (запасаемая энергия)
растет как куб размера, а площадь (потери) как квадрат.
Как электрохимик могу вас заверить, что разность потенциалов
возникающая за счет химической реакции есть единственный
стоящий источник энергии на микрошкале. Посмотрите в зеркало - вы работаете
на этом принципе. Любая механика покажется чихом по сравнению с электрическими
полями в миллионы вольт/метр в двойном электрическом слое.
Так что не надо изображать паровые самолеты, махающие крыльями и hi-tech свечи
будущего. В будущем будет электричество и реактивное движение.
Для развития фантазии могу рекомендовать почитать о reaction-diffusion computation,
это не убогие нанороботы. Почитайте Пригожина. Еще возьмите в библиотеке "Машины клеточных автоматов"
Тоффоли и Марголуса, она есть в русском переводе. И подумайте, что будет если
сии отрасли знания объединить.
Думайте, фантазируйте. И помните будущее - ДРУГОЕ. Успехов!
----
[I]Именно поэтому на Севере организмы стремяться стать больше. Ибо объем (запасаемая энергия)
растет как куб размера, а площадь (потери) как квадрат.[/I]
----

Это правило Аллена. Давно известно в биологии и вполне соотносится с теорией эволюции. Из него правда есть забавный вывод: на юге животные тоже становятся крупнее, чтобы обеспечить максимальную теплопередачу в окружающую среду.

Насчёт будущего и незыблемых законов развития...
Это непредсказуемо. Есть много вещей, которые похожи на чудо, но которые современная наука пока не объясняет. Например, думаю что Вам вполне по силам разорвать голыми руками миллиметровую стальную проволоку, но вряд ли Вы об этом знаете.

Так что фантазия, не обременённая избыточными знаниями о невозможности вещей, необходима.

P.S.
Пригожин для Эвелины, думаю, будет тяжеловат
организмы стремяться стать больше, ибо объем растет как куб размера, а площадь - как квадрат
Добавлю: и круглее, ибо минимальная площадь поверхности при максимальном объёме - у шара. Что ещё? с целью минимизации теплопередачи (теплопотерь) необходимо отсутствие вокруг посторонних молекул. Получаем идеальное воплощение сферического коня в вакууме ( компланарно кубическому медведю)
Александр Борисович!

Поскольку на приведённой Вами установке не увидел как
переливать воду из верхнего сосуда в нижний , постольку могу сделать только предположение, что это не станок для выстругивания
своего собственныйого самолета или яхты..,
а научная установка для выстругивания девальвируемых баксов другим путём

А наукой буду заниматься практически как хобби.

Но почему не попробовать?
С одним предостережением по поводу

круглого, ибо минимальная площадь поверхности при максимальном объёме - у шара.

Здесь
Александр Борисович, спасибо за наблюдательность.
P.S. Для непосвящённых, - истоки Здесь
Александр Борисович,
Иж как нанологи зашевелились... Это вам не картинки в фотоG(энергия Гиббса)опе раскрашивать.
Не дай нанобог, не будет наносферического наноконя в нановакууме
на наноследующий наногод.
Приду, проверю.
Про суперпохудение - недавно открыли, что существуют две разновидности жировых клеток - "белые" и "коричневые", последние - хорошие (как существует хороший и плохой холестерин).В "коричневых" в митохондриях присутсвует железо, что активизирует процессы "самоуничтожения" клетки, но их значительно меньше, чем плохих "белых". Биохимики поставили перед собой задачу - превратить "белые" клетки в "коричневые".
----
недавно открыли, что существуют две разновидности жировых клеток - "белые" и "коричневые"
----

Да ну?
Про бурый жир вроде как давно знают...
Кроме того, белые тоже не "безусловно плохие"
Про бурый жир вроде как давно знают...- даже используют в народной медицине как наружное средство
Наверное, нужно было написать,
недавно открыли, что существенное различие между "белыми" и "коричневыми" жировыми клетками заключается в том, что митохондриях "коричневых" присутсвует железо, что активизирует процессы "самоуничтожения" клетки, но их значительно меньше, чем плохих "белых".
Следовательно, задача для нанороботов - доставка железа в "белые" жировые клетки и запуск процесса "сжигания"
Ага, а потома случится рак, или на бананороботов выработаются
антитела
Про суперпохудение - как говорит моя жена (забейте в SciFinder'e женский
вариант моей фамилии)
- Первый закон термодинамики еще никто не отменил. Жрать меньше и упражняться больше не пробовали?
Ну тогда вам прямой путь к заведению наноробота, сиречь ленточного червя,
кишечного паразита,
гарантирую - резко похудеете
Ага, а потома случится рак, - читая статьи не только по специальности, а касающиеся и биологии, и медицины, я отметила для себя некоторую общую особенность развития жировых и раковых клеток - и те и другие, если можно так выразиться, быстро распространяются по организму, проникая/обволакивая в различные органы, делясь при этом неограниченное количество раз. При этом и у раковых и жировых клеток имеется множество отростков, одна из функций которых (как мне представляется) снабжать растущие клетки питательными веществами. Блокирование роста таких отростков - один из предлагаемых способов борьбы с двумя страшными заболеваниями 21 века.
Жрать меньше- ну, этот рецепт много лет назад озвучила Майя Плисецкая.
Конечно, с возрастом необходимо потреблять меньше калорий (на сколько - это каждый устанавливает для себя сам, чтобы не выйти из рамок "нормальной" комплекции)
Алексей, неужели "носить маску бизнесмена" настолько невыносимо трудно, что после полутора годового отсутствия вы "отрываетесь по полной" на НАНОМЕТРе
Алексей, я Вам ещё могу диуретиков прописать, "спиды" и ещё кучу всякого, вплоть до разовой сдачи литра крови. Перетаскивание грузов при +30 тож нехило способствует.
Все эти способы дают уменьшение массы тела, сиречь похудение.

А вот Вам ещё загадка: я ем много, и ещё больше двигаюсь. При этом масса растёт, но габариты остаются прежними. Метаболизм понятен?

----
Следовательно, задача для нанороботов - доставка железа в "белые" жировые клетки и запуск процесса "сжигания"
----

Всё не так просто Наталия Алексеевна.
Избыток железа в организме не менее вреден чем недостаток. (а то и более...)
Избыток железа в организме не менее вреден чем недостаток.- как, впрочем и всякого другого микроэлемента. Опасен также и дисбаланс элементов, например Na и K, что приводит к заболеваниям сердечно-сосудистой системы.
Правда, согласно прогнозам, к 2012 г. смертность от рака превысит смертность от заболеваний сердечно-сосудистой системы.
Ну а ожирение уже национальная проблема/бедствие в США. а в Австралии даже решили делать бесплатные операции всем желающим избавиться от избыточного веса.
Перетаскивание грузов при +30 тож нехило способствует.- кстати, интенсивная умственная работа тоже.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Сверпроводящий провод
Сверпроводящий провод

Обо всем и сразу
О всех конкурсах наноолимпиады. Продолжается прием решений и консультации участников по всем конкурсам олимпиады. Ждем новых участников и желаем творческих успехов тем, кто уже начал решать задания наноолимпиады.

Солнечная энергетика и школьники
Молодые сотрудники, студенты и аспиранты МГУ готовят пополнение в области альтернативной энергетики, школьники Университетской Гимназии сами делают солнечные элементы...

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Графен и трение. Ловушки для дираковских фермионов. Заслон квантовым ошибкам. Нематическая квантово-холловская жидкость на поверхности висмута. Рост критической температуры при поверхностном электронном допировании Ba(Fe1.94Co0.06)2As2. Нанотехнологии создают “умный” текстиль. Разделение газовых смесей пористым фосфореном допировании. Линейный датчик на нелинейном эффекте. Фуллерен C720 как накопитель молекулярного водорода. Химическое эхо.

Андрей Свинаренко: учеба должна длиться всю жизнь
ТАСС
Интервью Генерального директора ФИОП А.Г.Свинаренко ТАСС.

Концепция Образовательного центра «Сириус», принципы отбора на смены
Ларин В.В.
Цикл лекций в рамках XI Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям для всех желающих – школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, учителей и преподавателей: Концепция Образовательного центра «Сириус», принципы отбора на смены. Владимир Владимирович Ларин, учитель физики, Лицей «Вторая школа» г. Москвы, методист первой проектной смены Образовательного центра «Сириус».

Молекулы, волосы, микросхемы, магнитные диски - как все это устроено? – сканирующий зондовый микроскоп поможет Вам это понять!
Быков В.А.
Цикл лекций в рамках XI Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям для всех желающих – школьников, студентов, аспирантов, молодых ученых, учителей и преподавателей: В.А.Быков, д.т.н., профессор Московского Физико - Технического Института, генеральный директор группы компаний НТ-МДТ Spectrum Instruments, руководитель Нанотехнологического Общества России (НОР) "Молекулы, волосы, микросхемы, магнитные диски - как все это устроено? – сканирующий зондовый микроскоп поможет Вам это понять!"

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!

Закон о реформировании РАН

В Совместном заявлении Совета по науке и членов Общественного совета Минобрнауки предлагается отозвать нынешний проект закона о "реформировании" РАН из Государственной думы и вернуться к его рассмотрению с соблюдением процедуры утвержденной постановлением Правительства РФ №851 от 25.08.2012, и указом Президента РФ №601 от 07.05.2012, которая была грубо нарушена. Мы предлагаем Вам высказать (анонимно) свое мнение в данном опросе, чтобы его статистические результаты были видны всем участникам опроса и общественности.

Проектная деятельность с точки зрения учителя

Это специальный опрос для учителей и представителей школ, которых мы просим оценить значимость предлагаемых материалов, мероприятий и перспективы их дальнейшего совершенствования на пути эффективного взаимодействия школ и ВУЗов. В опросе могут также участвовать школьники, студенты и аспиранты, особенно со своими критическими замечаниями в комментариях.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.