W&T Wetenschap & Technologie
Een plek om te discussiëren over wetenschappelijke onderwerpen, wetenschappelijke problemen, technologische projecten en grootse uitvindingen.
Nogal ja. Hun hoofdkwartier is net zo spooky als hun businessplan:quote:Op woensdag 7 juni 2017 09:29 schreef Pietverdriet het volgende:
Biokwark klinkt erg als een vapourware bedrijf, een ongelofelijke high tech innovatie willen brengen en dan investeerders zoeken.....
Vóór het internet dacht men dat de oorzaak van domheid een gebrek aan toegang tot informatie was. Inmiddels weten we beter.
08-06-2017
Einstein heeft alweer gelijk: astronomen zien sterrenlicht realtime afbuigen
We zien regelmatig zwaartekrachtlenzen in het verre universum, maar is het ook mogelijk om realtime te zien dat een ster het licht afbuigt? Albert Einstein geloofde in 1936 dat er weinig hoop was, maar nu is aangetoond dat het wel kan.
Een zwaartekrachtlens is een soort kosmische vergrootglas en buigt het licht van verre objecten. Stel, twee sterrenstelsels staan – gezien vanaf de aarde – achter elkaar. Het ene sterrenstelsel is vijf miljard lichtjaar van onze planeet verwijderd, terwijl het andere sterrenstelsel op acht miljard lichtjaar staat. Het licht van het verre sterrenstelsel reist langs het voorgrondstelsel en wordt afgebogen. Soms betekent dit dat we eenzelfde object vanaf de aarde meerdere keren zien, bijvoorbeeld in het geval van quasar WFI2033-4723. In andere gevallen wordt het licht van het achterliggende object versterkt, waardoor we verre sterrenstelsels kunnen zien die anders niet zichtbar zijn.
Maar is het effect van zwaartekracht ook realtime zichtbaar bij sterren in ons eigen melkwegstelsel? Dat wil zeggen: kunnen we een micro-zwaartekrachtlens zien ontstaan en vervolgens weer zien verdwijnen? Ja, zo bewijzen astronomen in een nieuw paper. De nabije witte dwergster Stein 2051 B heeft het licht van een verre ster afgebogen, waardoor de positie van deze achtergrondster twee milliarcseconden afweek van de daadwerkelijke positie. Dit verschil is enorm klein. Het is alsof je een mier ziet lopen op een klein muntje op een afstand van bijna 2.500 kilometer.
Einsteinring
De witte dwerg is zeventien lichtjaar van de aarde verwijderd en is ongeveer 2,7 miljard jaar oud. De afstand tussen de achtergrondster en de aarde is 5.000 lichtjaar. De witte dwergster schoof niet exact voor de achtergrondster, waardoor er geen symmetrische Einsteinring zichtbaar was. De ring was te klein om te meten, maar door de asymmetrische vorm leek de ster twee milliarcseconden verplaatst te zijn.
Vuurvliegje naast een gloeilamp
“Stein 2051 B oogt 400 keer helderder dan de verre achtergrondster”, vertelt teamlid Jay Anderson van STScI. Hij analyseerde de posities van de sterren op de Hubble-foto’s. “Het is alsof je een vuurvliegje naast een felle gloeilamp in de gaten houdt. Het insect beweegt nauwelijks, terwijl het licht van de lamp het moeilijk maakt om het diertje te zien.”
Eerste keer
Dit is de eerste keer dat wetenschappers het licht van een ster zien verplaatsen door gravitationele microlensing. Met uitzondering van de zon, want daar werd het effect tijdens een zonverduistering in 1919 aangetoond. Normaal gesproken wordt gravitationele microlensing ingezet om exoplaneten te ontdekken.
De blauwe lijn laat de beweging van de achtergrondster zien.
Perfect gewicht
Dankzij dit onderzoek weten astronomen nu dat het gewicht van Stein 2051 B ongeveer 68% is van het gewicht van onze zon. Dat betekent dat het object zwaarder is dan eerder gedacht. Dat is goed nieuws, want het nieuwe gewicht komt exact overeen met theoretische modellen, zoals de Chandrasekhar-limiet.
(scientias.nl)
Einstein heeft alweer gelijk: astronomen zien sterrenlicht realtime afbuigen
We zien regelmatig zwaartekrachtlenzen in het verre universum, maar is het ook mogelijk om realtime te zien dat een ster het licht afbuigt? Albert Einstein geloofde in 1936 dat er weinig hoop was, maar nu is aangetoond dat het wel kan.
Een zwaartekrachtlens is een soort kosmische vergrootglas en buigt het licht van verre objecten. Stel, twee sterrenstelsels staan – gezien vanaf de aarde – achter elkaar. Het ene sterrenstelsel is vijf miljard lichtjaar van onze planeet verwijderd, terwijl het andere sterrenstelsel op acht miljard lichtjaar staat. Het licht van het verre sterrenstelsel reist langs het voorgrondstelsel en wordt afgebogen. Soms betekent dit dat we eenzelfde object vanaf de aarde meerdere keren zien, bijvoorbeeld in het geval van quasar WFI2033-4723. In andere gevallen wordt het licht van het achterliggende object versterkt, waardoor we verre sterrenstelsels kunnen zien die anders niet zichtbar zijn.
Maar is het effect van zwaartekracht ook realtime zichtbaar bij sterren in ons eigen melkwegstelsel? Dat wil zeggen: kunnen we een micro-zwaartekrachtlens zien ontstaan en vervolgens weer zien verdwijnen? Ja, zo bewijzen astronomen in een nieuw paper. De nabije witte dwergster Stein 2051 B heeft het licht van een verre ster afgebogen, waardoor de positie van deze achtergrondster twee milliarcseconden afweek van de daadwerkelijke positie. Dit verschil is enorm klein. Het is alsof je een mier ziet lopen op een klein muntje op een afstand van bijna 2.500 kilometer.
Einsteinring
De witte dwerg is zeventien lichtjaar van de aarde verwijderd en is ongeveer 2,7 miljard jaar oud. De afstand tussen de achtergrondster en de aarde is 5.000 lichtjaar. De witte dwergster schoof niet exact voor de achtergrondster, waardoor er geen symmetrische Einsteinring zichtbaar was. De ring was te klein om te meten, maar door de asymmetrische vorm leek de ster twee milliarcseconden verplaatst te zijn.
Vuurvliegje naast een gloeilamp
“Stein 2051 B oogt 400 keer helderder dan de verre achtergrondster”, vertelt teamlid Jay Anderson van STScI. Hij analyseerde de posities van de sterren op de Hubble-foto’s. “Het is alsof je een vuurvliegje naast een felle gloeilamp in de gaten houdt. Het insect beweegt nauwelijks, terwijl het licht van de lamp het moeilijk maakt om het diertje te zien.”
Eerste keer
Dit is de eerste keer dat wetenschappers het licht van een ster zien verplaatsen door gravitationele microlensing. Met uitzondering van de zon, want daar werd het effect tijdens een zonverduistering in 1919 aangetoond. Normaal gesproken wordt gravitationele microlensing ingezet om exoplaneten te ontdekken.
De blauwe lijn laat de beweging van de achtergrondster zien.
Perfect gewicht
Dankzij dit onderzoek weten astronomen nu dat het gewicht van Stein 2051 B ongeveer 68% is van het gewicht van onze zon. Dat betekent dat het object zwaarder is dan eerder gedacht. Dat is goed nieuws, want het nieuwe gewicht komt exact overeen met theoretische modellen, zoals de Chandrasekhar-limiet.
(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
15-06-2017
Robot schrijft eigenhandig twee muziekstukken
De robot met vier armen speelt op de marimba zijn zelfgeschreven liedjes.
Al zeven jaar werkt onderzoeker Mason Bretan aan deze robot, die de naam Shimon draagt. De robot begon zijn carrière als componist door te luisteren naar door mensen gemaakte muziek. Bretan gaf de robot bijna 5000 complete liedjes – van Beethoven tot Lady Gaga – om te bestuderen. De volgende stap was improviseren op akkoordprogressies.
Deep learning
In het begin was het zo dat robots geprogrammeerd werden om één taak te doen en dat was het. Maar door machines een op het menselijk brein geïnspireerd en dus gelaagd netwerk van processors te geven – ook wel diep neuraal netwerk genoemd – kunnen ze leren van hun ervaringen en zich dus meerdere taken eigen maken en gaandeweg ook beter worden in bepaalde taken. We noemen dat deep learning.
Muziekstuk
En nu is Shimon dus nog een stapje verder gegaan en heeft zijn eigen muziekstuk geschreven. Hij kreeg daarbij vrijwel geen hulp van mensen: Bretan leverde alleen de eerste vier maten aan. “Shimons compositie laat zien hoe muziek klinkt en eruitziet als een robot middels diepe neurale netwerken alles over muziek leert op basis van miljoenen door mensen gemaakte fragmenten,” vertelt Bretan.
Denken als een muzikant
Volgens Bretan is het voor het eerst dat een robot ‘deep learning’ gebruikt om muziek te creëren. Hij wijst erop dat de robot door de tijd heen ook steeds meer als een muzikant is gaan denken. Zo was de robot in het begin nog erg gefocust op de volgende noot, maar is deze nu veel meer bezig met de structuur van de complete compositie. “Wanneer we muziek maken of luisteren, denken we niet alleen maar na over de volgende noot. Een artiest heeft een veel groter beeld van wat hij of zij in de komende maten of later in het muziekstuk wil bereiken.”
In de toekomst zal Shimon nog meer muziekstukken gaan schrijven. En zolang de onderzoekers hem andere beginmaten geven, zal hij elke keer met een ander stuk op de proppen komen. Onderzoekers kunnen onmogelijk voorspellen hoe dat stuk gaat klinken. Wel klinken in de muziekstukken invloeden door van de componisten en artiesten die Shimon heeft beluisterd. Zo hoort Bretan zo af en toe invloeden van Mozart terug bijvoorbeeld. Maar je kunt de robot niet betrappen op plagiaat: zijn stukken zijn niet te herleiden naar een specifiek muziekstuk of liedje.
(scientias.nl)
Robot schrijft eigenhandig twee muziekstukken
De robot met vier armen speelt op de marimba zijn zelfgeschreven liedjes.
Al zeven jaar werkt onderzoeker Mason Bretan aan deze robot, die de naam Shimon draagt. De robot begon zijn carrière als componist door te luisteren naar door mensen gemaakte muziek. Bretan gaf de robot bijna 5000 complete liedjes – van Beethoven tot Lady Gaga – om te bestuderen. De volgende stap was improviseren op akkoordprogressies.
Deep learning
In het begin was het zo dat robots geprogrammeerd werden om één taak te doen en dat was het. Maar door machines een op het menselijk brein geïnspireerd en dus gelaagd netwerk van processors te geven – ook wel diep neuraal netwerk genoemd – kunnen ze leren van hun ervaringen en zich dus meerdere taken eigen maken en gaandeweg ook beter worden in bepaalde taken. We noemen dat deep learning.
Muziekstuk
En nu is Shimon dus nog een stapje verder gegaan en heeft zijn eigen muziekstuk geschreven. Hij kreeg daarbij vrijwel geen hulp van mensen: Bretan leverde alleen de eerste vier maten aan. “Shimons compositie laat zien hoe muziek klinkt en eruitziet als een robot middels diepe neurale netwerken alles over muziek leert op basis van miljoenen door mensen gemaakte fragmenten,” vertelt Bretan.
Denken als een muzikant
Volgens Bretan is het voor het eerst dat een robot ‘deep learning’ gebruikt om muziek te creëren. Hij wijst erop dat de robot door de tijd heen ook steeds meer als een muzikant is gaan denken. Zo was de robot in het begin nog erg gefocust op de volgende noot, maar is deze nu veel meer bezig met de structuur van de complete compositie. “Wanneer we muziek maken of luisteren, denken we niet alleen maar na over de volgende noot. Een artiest heeft een veel groter beeld van wat hij of zij in de komende maten of later in het muziekstuk wil bereiken.”
In de toekomst zal Shimon nog meer muziekstukken gaan schrijven. En zolang de onderzoekers hem andere beginmaten geven, zal hij elke keer met een ander stuk op de proppen komen. Onderzoekers kunnen onmogelijk voorspellen hoe dat stuk gaat klinken. Wel klinken in de muziekstukken invloeden door van de componisten en artiesten die Shimon heeft beluisterd. Zo hoort Bretan zo af en toe invloeden van Mozart terug bijvoorbeeld. Maar je kunt de robot niet betrappen op plagiaat: zijn stukken zijn niet te herleiden naar een specifiek muziekstuk of liedje.
(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
18-06-2017
Ongelooflijk: de eerste bacterieprinter
In 2010 haalde de Amerikaanse bioloog Craig Venter de wereldpers met een geweldige uitvinding. Hij had een bacterie gemaakt. Een echte, door ruw genetisch erfgoed in een lege cel te plaatsen. Het ding bleek te leven. Het wekte de belangstelling van een van de grootste futuristen ter wereld, Elon Musk. De puissant rijke zakenman zag mogelijkheden in de vinding van Venter en besloot hem te financieren. Nu, anderhalf jaar later, onthult Venter het resultaat: de eerste bacterieprinter.
Dat moet het maken van synthetische levensvormen een stuk makkelijker maken. Maar Musk wil de printer niet alleen op aarde inzetten, hij heeft veel grotere plannen. Waarom geen bacteriën gaan maken op Mars? Hij noemt het biologische teleportatie.
Het idee van Venter en Musk is simpel. Ze willen hun printer naar een planeet sturen waar geen leven is, maar wel leven mogelijk moet zijn, zoals Mars. Daar zetten ze de printer via een signaal vanaf aarde aan, waarna er simpele bacteriën worden gemaakt. Niet eentjes, maar miljoenen als het moet. De printer is in staat om de stoffen guanine, thymine, cytosine en adenine te mengen. Dat zijn de chemische bouwstenen waaruit eenvoudig leven bestaat.
Deze bacteriën zullen, als alles goed gaat, de planeet langzaam bevolken en wellicht zelfs beginnen met een evolutie. Met de printer zijn alleen zeer eenvoudige levensvormen te maken, maar die kunnen een planeet al tot leven wekken, denkt Musk. Tegen de tijd dat mensen komen, is er dan al een zeer eenvoudig ecosysteem zich aan het ontwikkelen. Het moet vervolgens voor menselijke kolonisten makkelijker zijn om bijvoorbeeld aan landbouw te gaan doen.
Dergelijke terraforming is een noodzakelijke voorwaarde, wil een menselijke bewoning van Mars ooit op gang komen. Venter denkt dat het wel even gaat duren voor zijn synthetische levensvormen Mars bewoonbaar hebben gemaakt, maar het proces kan in ieder geval op gang komen. Nu nog een ruimtevaartuig ontwikkelen dat de printer mee kan nemen naar de rode planeet.
(faqt.nl)
Ongelooflijk: de eerste bacterieprinter
In 2010 haalde de Amerikaanse bioloog Craig Venter de wereldpers met een geweldige uitvinding. Hij had een bacterie gemaakt. Een echte, door ruw genetisch erfgoed in een lege cel te plaatsen. Het ding bleek te leven. Het wekte de belangstelling van een van de grootste futuristen ter wereld, Elon Musk. De puissant rijke zakenman zag mogelijkheden in de vinding van Venter en besloot hem te financieren. Nu, anderhalf jaar later, onthult Venter het resultaat: de eerste bacterieprinter.
Dat moet het maken van synthetische levensvormen een stuk makkelijker maken. Maar Musk wil de printer niet alleen op aarde inzetten, hij heeft veel grotere plannen. Waarom geen bacteriën gaan maken op Mars? Hij noemt het biologische teleportatie.
Het idee van Venter en Musk is simpel. Ze willen hun printer naar een planeet sturen waar geen leven is, maar wel leven mogelijk moet zijn, zoals Mars. Daar zetten ze de printer via een signaal vanaf aarde aan, waarna er simpele bacteriën worden gemaakt. Niet eentjes, maar miljoenen als het moet. De printer is in staat om de stoffen guanine, thymine, cytosine en adenine te mengen. Dat zijn de chemische bouwstenen waaruit eenvoudig leven bestaat.
Deze bacteriën zullen, als alles goed gaat, de planeet langzaam bevolken en wellicht zelfs beginnen met een evolutie. Met de printer zijn alleen zeer eenvoudige levensvormen te maken, maar die kunnen een planeet al tot leven wekken, denkt Musk. Tegen de tijd dat mensen komen, is er dan al een zeer eenvoudig ecosysteem zich aan het ontwikkelen. Het moet vervolgens voor menselijke kolonisten makkelijker zijn om bijvoorbeeld aan landbouw te gaan doen.
Dergelijke terraforming is een noodzakelijke voorwaarde, wil een menselijke bewoning van Mars ooit op gang komen. Venter denkt dat het wel even gaat duren voor zijn synthetische levensvormen Mars bewoonbaar hebben gemaakt, maar het proces kan in ieder geval op gang komen. Nu nog een ruimtevaartuig ontwikkelen dat de printer mee kan nemen naar de rode planeet.
(faqt.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
13-06-2017
Researchers Reveal The Multi-Dimensional Universe Of The Brain
The bottom is a part of the neocortex, the top represents structures ranging from 1 dimension to 7 dimensions and beyond. The 'black-hole' in the middle is used to symbolize a complex of multi-dimensional spaces, or cavities. Blue Brain Project
The human brain is a convoluted labyrinth of passages in constant flux – routes are being created, strengthened, and deconstructed on a daily basis. On top of this, there are billions of neurons communicating with each other all day, every day via these ever-changing passages. At their junctions, there are synapses – about 1 quadrillion of them. If this all sounds complicated enough, then add a mind-boggling 11 dimensions to the mix.
Get ready, this new research is set to be a head-twister.
The study, published in Frontiers in Computational Neuroscience, uses algebraic topology to reveal the multi-dimensional architecture of the brain. This branch of mathematics harnesses abstract algebra to study topological spaces, such as spheres, knots, and tori.
The team from Blue Brain Project primarily focused on “cliques” and “cavities” to paint a picture of the structures and spaces within the brain. When neurons form a clique, they connect to every other neuron in the group in a way that forms a precise geometric object. The more neurons there are in a clique, the more connections there are, and the greater the dimension of the object.
“We found a world that we had never imagined,” said neuroscientist Henry Markram, director of Blue Brain Project, in a statement, “there are tens of millions of these objects even in a small speck of the brain, up through seven dimensions. In some networks, we even found structures with up to eleven dimensions.”
The purpose of such work is to try to peel back the relatively flat representation of the brain we have and reveal the multi-dimensional internal workings of the brain.
A representation of the neurons and connections that, in terms of the model, make up multi-dimensional "cliques". Above is a 5-dimensional simplex. Blue Brain Project
When the team then added a stimulus into the virtual brain, progressively higher dimensional cliques assembled and enclosed holes, or cavities. Much of these developments, however, were ephemeral.
Co-author Ran Levi paints it in a simpler fashion: “The appearance of high-dimensional cavities when the brain is processing information means that the neurons in the network react to stimuli in an extremely organized manner. It is as if the brain reacts to a stimulus by building then razing a tower of multi-dimensional blocks, starting with rods (1D), then planks (2D), then cubes (3D), and then more complex geometries with 4D, 5D, etc. The progression of activity through the brain resembles a multi-dimensional sandcastle that materializes out of the sand and then disintegrates.”
The team did their best to verify their findings by testing the results on real brain tissue. They state that their virtual discoveries were biologically relevant and suggest that the brain constantly rewires itself during development to construct a high-dimensional structure.
It is key to note that the objects in this study are not more than three dimensions outside the space of this model, it’s just that the mathematics used to describe the intricacy can have more dimensions.
(iflscience.com)
Researchers Reveal The Multi-Dimensional Universe Of The Brain
The bottom is a part of the neocortex, the top represents structures ranging from 1 dimension to 7 dimensions and beyond. The 'black-hole' in the middle is used to symbolize a complex of multi-dimensional spaces, or cavities. Blue Brain Project
The human brain is a convoluted labyrinth of passages in constant flux – routes are being created, strengthened, and deconstructed on a daily basis. On top of this, there are billions of neurons communicating with each other all day, every day via these ever-changing passages. At their junctions, there are synapses – about 1 quadrillion of them. If this all sounds complicated enough, then add a mind-boggling 11 dimensions to the mix.
Get ready, this new research is set to be a head-twister.
The study, published in Frontiers in Computational Neuroscience, uses algebraic topology to reveal the multi-dimensional architecture of the brain. This branch of mathematics harnesses abstract algebra to study topological spaces, such as spheres, knots, and tori.
The team from Blue Brain Project primarily focused on “cliques” and “cavities” to paint a picture of the structures and spaces within the brain. When neurons form a clique, they connect to every other neuron in the group in a way that forms a precise geometric object. The more neurons there are in a clique, the more connections there are, and the greater the dimension of the object.
“We found a world that we had never imagined,” said neuroscientist Henry Markram, director of Blue Brain Project, in a statement, “there are tens of millions of these objects even in a small speck of the brain, up through seven dimensions. In some networks, we even found structures with up to eleven dimensions.”
The purpose of such work is to try to peel back the relatively flat representation of the brain we have and reveal the multi-dimensional internal workings of the brain.
A representation of the neurons and connections that, in terms of the model, make up multi-dimensional "cliques". Above is a 5-dimensional simplex. Blue Brain Project
When the team then added a stimulus into the virtual brain, progressively higher dimensional cliques assembled and enclosed holes, or cavities. Much of these developments, however, were ephemeral.
Co-author Ran Levi paints it in a simpler fashion: “The appearance of high-dimensional cavities when the brain is processing information means that the neurons in the network react to stimuli in an extremely organized manner. It is as if the brain reacts to a stimulus by building then razing a tower of multi-dimensional blocks, starting with rods (1D), then planks (2D), then cubes (3D), and then more complex geometries with 4D, 5D, etc. The progression of activity through the brain resembles a multi-dimensional sandcastle that materializes out of the sand and then disintegrates.”
The team did their best to verify their findings by testing the results on real brain tissue. They state that their virtual discoveries were biologically relevant and suggest that the brain constantly rewires itself during development to construct a high-dimensional structure.
It is key to note that the objects in this study are not more than three dimensions outside the space of this model, it’s just that the mathematics used to describe the intricacy can have more dimensions.
(iflscience.com)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
29-06-2017
Nieuwe kunststof verplaatst in het licht
Wetenschappers van de TU Eindhoven hebben samen met Engelse onderzoekers een nieuw polymeer ontwikkeld, dat onder invloed van licht gaat golven.
De onderzoekers plaatsten de kunststof in een rechthoekig frame. Het frame is niet groter dan een paperclip. Wanneer er licht op staat, kruipt het polymeer met een snelheid van een halve centimeter per seconde. In een paper in het wetenschappelijke vakblad Nature schrijven de onderzoekers dit het eerste wandelmachientje is dat licht direct omzet in voortbeweging.
In de video hieronder is te zien dat het machientje twee kanten op kan bewegen, afhankelijk van de positie. Is het machientje omgedraaid, dan kruipt het beestje de andere kant op.
Vloeibare kristallen
Het polymeer bestaat uit ‘liquid crystals’, die bijvoorbeeld ook in jouw LCD-televisie zitten. Het team van onderzoekers, onder leiding van hoogleraar Dick Broer, verwerkten een snel-reagerende lichtgevoelige variant in een vloeibaar-kristalpolymeer.
Hoe de technologie werkt
Wanneer er licht schijnt op het polymeer, dan zet de ene kant uit, terwijl de andere kant krimpt. Hierdoor gaat de kunststof bol staan. Is het licht weg, dan is de vorming direct verdwenen, en springt het apparaatje dus verder. Het strookje absorbeert het violette licht vrijwel volledig, waardoor er een schaduw ontstaat. Dit zelf-schaduwende effect zorgt voor een continue golfbeweging. Doordat de kunststof korter is dan het frame, staat het polymeer al direct bol. Wanneer er licht op wordt geschenen, bolt het belichtte deel naar beneden. Hierdoor ontstaat een kuil, waardoor het volgende stuk licht ontvangt en naar beneden bolt. De kuil verplaatst zich zo naar achteren en hierdoor ontstaat een golfbeweging. Het lijkt alsof het polymeer loopt.
Piepklein wandelmachientje. Foto: Bart van Overbeeke.
Zonnepanelen schoonmaken
De onderzoekers geloven in de een toekomst voor deze technologie. Zo kunnen kleine objecten naar moeilijk bereikbare plaatsen worden gebracht. Het mechanisme is namelijk zeer krachtig, waardoor het zwaardere en grotere objecten – zelfs op een helling – verplaatsen. Daarnaast is het een ideale manier om zonnepanelen schoon te houden. De piepkleine machine maakt namelijk een golvende beweging, waardoor zandkorrels en ander vuil van een zonnepaneel kan worden verwijderd.
(scientias.nl)
Nieuwe kunststof verplaatst in het licht
Wetenschappers van de TU Eindhoven hebben samen met Engelse onderzoekers een nieuw polymeer ontwikkeld, dat onder invloed van licht gaat golven.
De onderzoekers plaatsten de kunststof in een rechthoekig frame. Het frame is niet groter dan een paperclip. Wanneer er licht op staat, kruipt het polymeer met een snelheid van een halve centimeter per seconde. In een paper in het wetenschappelijke vakblad Nature schrijven de onderzoekers dit het eerste wandelmachientje is dat licht direct omzet in voortbeweging.
In de video hieronder is te zien dat het machientje twee kanten op kan bewegen, afhankelijk van de positie. Is het machientje omgedraaid, dan kruipt het beestje de andere kant op.
Vloeibare kristallen
Het polymeer bestaat uit ‘liquid crystals’, die bijvoorbeeld ook in jouw LCD-televisie zitten. Het team van onderzoekers, onder leiding van hoogleraar Dick Broer, verwerkten een snel-reagerende lichtgevoelige variant in een vloeibaar-kristalpolymeer.
Hoe de technologie werkt
Wanneer er licht schijnt op het polymeer, dan zet de ene kant uit, terwijl de andere kant krimpt. Hierdoor gaat de kunststof bol staan. Is het licht weg, dan is de vorming direct verdwenen, en springt het apparaatje dus verder. Het strookje absorbeert het violette licht vrijwel volledig, waardoor er een schaduw ontstaat. Dit zelf-schaduwende effect zorgt voor een continue golfbeweging. Doordat de kunststof korter is dan het frame, staat het polymeer al direct bol. Wanneer er licht op wordt geschenen, bolt het belichtte deel naar beneden. Hierdoor ontstaat een kuil, waardoor het volgende stuk licht ontvangt en naar beneden bolt. De kuil verplaatst zich zo naar achteren en hierdoor ontstaat een golfbeweging. Het lijkt alsof het polymeer loopt.
Piepklein wandelmachientje. Foto: Bart van Overbeeke.
Zonnepanelen schoonmaken
De onderzoekers geloven in de een toekomst voor deze technologie. Zo kunnen kleine objecten naar moeilijk bereikbare plaatsen worden gebracht. Het mechanisme is namelijk zeer krachtig, waardoor het zwaardere en grotere objecten – zelfs op een helling – verplaatsen. Daarnaast is het een ideale manier om zonnepanelen schoon te houden. De piepkleine machine maakt namelijk een golvende beweging, waardoor zandkorrels en ander vuil van een zonnepaneel kan worden verwijderd.
(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
Caltech ontwikkelde een phased array camera. Met deze sensor heeft de camera geen objectief nodig. Vergelijk het maar met een phased array radar, waar geen ronddraaiende antenne meer gebruikt wordt.
https://www.caltech.edu/n(...)without-lenses-78731
https://www.caltech.edu/n(...)without-lenses-78731
In Baden-Badener Badeseen kann man Baden-Badener baden sehen.
30-06-2017
Vervuild water kan gefilterd worden met behulp van microbotjes.
In een nieuw paper beschrijven wetenschappers hoe de techniek werkt. Ieder botje bestaat voor de helft uit magnesium. Hierdoor ontstaan waterstofbellen in het water, waardoor de botjes door het water bewegen. De andere helft is gemaakt van verschillende laagjes goud en ijzer met daar bovenop zilveren nanodeeltjes. De bacteriën komen vast te zitten tussen de ijzeren en gouden lagen, waarna ze gedood worden door de nanodeeltjes.
Des te meer microbotjes er in vervuild water worden losgelaten, des te effectiever wordt het water gefilterd. De onderzoekers beweren dat de botjes in twintig minuten tijd tachtig procent van de E. coli-bacteriën in vervuild water kunnen doden.
Magnetisch
Uiteraard kan het water niet gedronken worden met de microbotjes er nog in. Dit is de reden dat ieder microbotje voor een deel uit ijzer bestaat. Hierdoor kunnen de botjes met een magneet uit het water worden gehaald.
Geen elektriciteit
Het grote voordeel is dat deze microbotjes geen elektriciteit nodig hebben om te werken. Toch is het de vraag hoe deze microbots daadwerkelijk ingezet gaan worden, want het lijkt ons alsnog een dure operatie om zakken vol microbotjes te vervoeren. Ook is tachtig procent nog geen honderd procent. Dan is deze filtermethode pas echt effectief.
Toekomst
De onderzoekers beloven hun microbots verder te verfijnen. Als de botjes goed werken, dan kunnen zij de kwaliteit van leven voor 663 miljoen mensen verbeteren. Dit zijn mensen die geen toegang hebben tot schoon drinkwater. Maar dat niet alleen! Deze microbotjes gaan in de toekomst misschien wel medicijnen afleveren in ons lichaam.
(scientias.nl)
Vervuild water kan gefilterd worden met behulp van microbotjes.
In een nieuw paper beschrijven wetenschappers hoe de techniek werkt. Ieder botje bestaat voor de helft uit magnesium. Hierdoor ontstaan waterstofbellen in het water, waardoor de botjes door het water bewegen. De andere helft is gemaakt van verschillende laagjes goud en ijzer met daar bovenop zilveren nanodeeltjes. De bacteriën komen vast te zitten tussen de ijzeren en gouden lagen, waarna ze gedood worden door de nanodeeltjes.
Des te meer microbotjes er in vervuild water worden losgelaten, des te effectiever wordt het water gefilterd. De onderzoekers beweren dat de botjes in twintig minuten tijd tachtig procent van de E. coli-bacteriën in vervuild water kunnen doden.
Magnetisch
Uiteraard kan het water niet gedronken worden met de microbotjes er nog in. Dit is de reden dat ieder microbotje voor een deel uit ijzer bestaat. Hierdoor kunnen de botjes met een magneet uit het water worden gehaald.
Geen elektriciteit
Het grote voordeel is dat deze microbotjes geen elektriciteit nodig hebben om te werken. Toch is het de vraag hoe deze microbots daadwerkelijk ingezet gaan worden, want het lijkt ons alsnog een dure operatie om zakken vol microbotjes te vervoeren. Ook is tachtig procent nog geen honderd procent. Dan is deze filtermethode pas echt effectief.
Toekomst
De onderzoekers beloven hun microbots verder te verfijnen. Als de botjes goed werken, dan kunnen zij de kwaliteit van leven voor 663 miljoen mensen verbeteren. Dit zijn mensen die geen toegang hebben tot schoon drinkwater. Maar dat niet alleen! Deze microbotjes gaan in de toekomst misschien wel medicijnen afleveren in ons lichaam.
(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
06-07-2017
Geen diesel nodig: studenten maken bus die op mierenzuur rijdt
© thinkstock.
Studenten van de Technische Universiteit in Eindhoven (Nederland) hebben een 'mierenzuurbus' voorgesteld. Het is de allereerste bus ter wereld die aangedreven wordt door, jawel, mierenzuur. Eind dit jaar zullen de eerste bussen rondrijden.
Aanhangwagen
Mierenzuur ontstaat door waterstof te laten reageren met kooldioxide, het resultaat wordt bewaard in een kunststoftank. Dankzij een proces in twee stappen, wordt het zuur omgezet in elektriciteit. Er wordt dan een soort aanhangwagen gevuld met mierenzuur, die dienst moet doen als laadstation voor de elektrische bussen of vrachtwagens. Wanneer de aanhangwagen aangesloten wordt, kan het voertuig dankzij het mierenzuur zo'n 200 kilometer rijden. Dat is een enorme vooruitgang, want nu raken elektrische bussen slechts 80 kilometer ver.
Veilig en goedkoop
Mierenzuur is een veilig alternatief voor waterstof. Die brandstof wordt onder hoge druk in een tank opgeslagen en dat is niet zonder risico. "Waterstof is explosief. Onze brandstof is te vergelijken met diesel. Probeer dat maar eens aan te steken; dat lukt je niet. Bovendien kunnen we met hetzelfde volume aan brandstof twee keer zoveel energie genereren", aldus technisch manager Tijn Swinkels.
Nog volgens Swinkels is het mierenzuur een goedkoop alternatief voor fossiele brandstoffen zoals benzine. "Nu nog kunnen we het mierenzuur produceren voor zestig cent per liter. Bij heel grote hoeveelheden daalt de literprijs met de helft." De lage brandstofprijs compenseert het hoge verbruik: met één litertje mierenzuur kom je niet veel verder dan een kleine 700 meter.
Veel interesse
Busmaatschappijen en transportbedrijven hebben al veel interesse getoond in het systeem. Als alles goed gaat zouden de eerste 'mierenzuurbussen' eind volgend jaar op de openbare wegen rijden.
(HLN)
Geen diesel nodig: studenten maken bus die op mierenzuur rijdt
© thinkstock.
Studenten van de Technische Universiteit in Eindhoven (Nederland) hebben een 'mierenzuurbus' voorgesteld. Het is de allereerste bus ter wereld die aangedreven wordt door, jawel, mierenzuur. Eind dit jaar zullen de eerste bussen rondrijden.
Aanhangwagen
Mierenzuur ontstaat door waterstof te laten reageren met kooldioxide, het resultaat wordt bewaard in een kunststoftank. Dankzij een proces in twee stappen, wordt het zuur omgezet in elektriciteit. Er wordt dan een soort aanhangwagen gevuld met mierenzuur, die dienst moet doen als laadstation voor de elektrische bussen of vrachtwagens. Wanneer de aanhangwagen aangesloten wordt, kan het voertuig dankzij het mierenzuur zo'n 200 kilometer rijden. Dat is een enorme vooruitgang, want nu raken elektrische bussen slechts 80 kilometer ver.
Veilig en goedkoop
Mierenzuur is een veilig alternatief voor waterstof. Die brandstof wordt onder hoge druk in een tank opgeslagen en dat is niet zonder risico. "Waterstof is explosief. Onze brandstof is te vergelijken met diesel. Probeer dat maar eens aan te steken; dat lukt je niet. Bovendien kunnen we met hetzelfde volume aan brandstof twee keer zoveel energie genereren", aldus technisch manager Tijn Swinkels.
Nog volgens Swinkels is het mierenzuur een goedkoop alternatief voor fossiele brandstoffen zoals benzine. "Nu nog kunnen we het mierenzuur produceren voor zestig cent per liter. Bij heel grote hoeveelheden daalt de literprijs met de helft." De lage brandstofprijs compenseert het hoge verbruik: met één litertje mierenzuur kom je niet veel verder dan een kleine 700 meter.
Veel interesse
Busmaatschappijen en transportbedrijven hebben al veel interesse getoond in het systeem. Als alles goed gaat zouden de eerste 'mierenzuurbussen' eind volgend jaar op de openbare wegen rijden.
(HLN)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
11-07-2017
Chinezen teleporteren informatie van de aarde naar de ruimte
Een primeur! De ‘ontvangende’ satelliet bevond zich op meer dan 500 kilometer van het aardoppervlak.
Teleportatie klinkt misschien als iets uit een sciencefictionfilm, maar in laboratoria wereldwijd wordt er op dit moment informatie geteleporteerd. Wetenschappers maken daarbij gebruik van wat Einstein ‘spooky action at a distance‘ noemde, oftewel: verstrengeling.
Over verstrengeling
“Verstrengeling is misschien wel het vreemdste en meest intrigerende gevolg van de wetten van kwantummechanica,” vertelde de Nederlandse onderzoeker Ronald Hanson een paar jaar geleden, nadat zijn onderzoeksteam erin geslaagd was om data over een afstand van drie meter te teleporteren. “Als twee deeltjes verstrengeld zijn, smelten hun identiteiten samen: hun gezamenlijke toestand is exact bepaald, maar de identiteit van elk afzonderlijk is verdwenen. De verstrengelde deeltjes gedragen zich als één, ook als ze ver van elkaar verwijderd zijn.” Simpel gezegd: er is een soort mysterieuze connectie tussen de twee deeltjes, waardoor de toestand van de één afhankelijk is van de toestand van de ander en je door één deeltje te bestuderen, dus meer te weten kunt komen over het andere en in feite dus informatie van het ene naar het andere deeltje teleporteert.
Het mooie van het teleporteren van informatie is dat informatie niet van A naar B reist, maar op de ene plek verdwijnt en op de andere verschijnt. Hierdoor is het onderscheppen van informatie onmogelijk. In de toekomst hopen onderzoekers dan ook een zeer veilig kwantuminternet te kunnen bouwen dat supersnelle kwantumcomputers in staat stelt om met elkaar te communiceren.
Van de aarde naar de ruimte
Chinese onderzoekers zijn nu op dezelfde wijze aan het teleporteren geslagen. Maar wel over een enorme afstand: van de aarde naar een satelliet die op meer dan 500 kilometer hoogte om de aarde draait. Een primeur. De onderzoekers beschrijven hun experiment in dit paper en zien het als “een essentiële stap richting een wereldwijd kwantuminternet” (zie kader).
Het experiment
Te lezen is hoe ze twee fotonen met elkaar verstrengelden en vervolgens één van deze fotonen naar de satelliet stuurden. De tweede foton bleef op aarde. Vervolgens voerden ze metingen uit op aarde en in de ruimte en deze bevestigden dat de deeltjes verstrengeld waren. Vanzelfsprekend deden de Chinezen dit niet zomaar met twee verstrengelde deeltjes: ze herhaalden het experiment met miljoenen fotonen. En honderden daarvan wisten ondanks de grote afstand verstrengeld te blijven.
In theorie kun je een verstrengeld deeltje naar de andere kant van het universum sturen, zonder de verstrengeling te doorbreken. Maar in de praktijk is dat lastiger, omdat fotonen gemakkelijk de interactie aangaan met hun omgeving en de verstrengeling daarbij verloren kan gaan
(scientias.nl)
Chinezen teleporteren informatie van de aarde naar de ruimte
Een primeur! De ‘ontvangende’ satelliet bevond zich op meer dan 500 kilometer van het aardoppervlak.
Teleportatie klinkt misschien als iets uit een sciencefictionfilm, maar in laboratoria wereldwijd wordt er op dit moment informatie geteleporteerd. Wetenschappers maken daarbij gebruik van wat Einstein ‘spooky action at a distance‘ noemde, oftewel: verstrengeling.
Over verstrengeling
“Verstrengeling is misschien wel het vreemdste en meest intrigerende gevolg van de wetten van kwantummechanica,” vertelde de Nederlandse onderzoeker Ronald Hanson een paar jaar geleden, nadat zijn onderzoeksteam erin geslaagd was om data over een afstand van drie meter te teleporteren. “Als twee deeltjes verstrengeld zijn, smelten hun identiteiten samen: hun gezamenlijke toestand is exact bepaald, maar de identiteit van elk afzonderlijk is verdwenen. De verstrengelde deeltjes gedragen zich als één, ook als ze ver van elkaar verwijderd zijn.” Simpel gezegd: er is een soort mysterieuze connectie tussen de twee deeltjes, waardoor de toestand van de één afhankelijk is van de toestand van de ander en je door één deeltje te bestuderen, dus meer te weten kunt komen over het andere en in feite dus informatie van het ene naar het andere deeltje teleporteert.
Het mooie van het teleporteren van informatie is dat informatie niet van A naar B reist, maar op de ene plek verdwijnt en op de andere verschijnt. Hierdoor is het onderscheppen van informatie onmogelijk. In de toekomst hopen onderzoekers dan ook een zeer veilig kwantuminternet te kunnen bouwen dat supersnelle kwantumcomputers in staat stelt om met elkaar te communiceren.
Van de aarde naar de ruimte
Chinese onderzoekers zijn nu op dezelfde wijze aan het teleporteren geslagen. Maar wel over een enorme afstand: van de aarde naar een satelliet die op meer dan 500 kilometer hoogte om de aarde draait. Een primeur. De onderzoekers beschrijven hun experiment in dit paper en zien het als “een essentiële stap richting een wereldwijd kwantuminternet” (zie kader).
Het experiment
Te lezen is hoe ze twee fotonen met elkaar verstrengelden en vervolgens één van deze fotonen naar de satelliet stuurden. De tweede foton bleef op aarde. Vervolgens voerden ze metingen uit op aarde en in de ruimte en deze bevestigden dat de deeltjes verstrengeld waren. Vanzelfsprekend deden de Chinezen dit niet zomaar met twee verstrengelde deeltjes: ze herhaalden het experiment met miljoenen fotonen. En honderden daarvan wisten ondanks de grote afstand verstrengeld te blijven.
In theorie kun je een verstrengeld deeltje naar de andere kant van het universum sturen, zonder de verstrengeling te doorbreken. Maar in de praktijk is dat lastiger, omdat fotonen gemakkelijk de interactie aangaan met hun omgeving en de verstrengeling daarbij verloren kan gaan
(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
quote:Earth's Tectonic Activity May Be Crucial for Life--and Rare in Our Galaxy
Our planet is in constant flux. Tectonic plates—the large slabs of rock that divide Earth’s crust so that it looks like a cracked eggshell—jostle about in fits and starts that continuously reshape our planet—and possibly foster life.
Vóór het internet dacht men dat de oorzaak van domheid een gebrek aan toegang tot informatie was. Inmiddels weten we beter.
02-08-2017
Doorbraak: wetenschappers halen gevaarlijke mutatie uit menselijke embryo's
De embryo's na de genaanpassing en een reeks celdelingen. © kos.
Wetenschappers zijn er voor het eerst in geslaagd om embryo's te ontdoen van DNA dat een dodelijke, erfelijke hartaandoening veroorzaakt. Ze produceerden op die manier embryo's die op het eerste gezicht gezond zijn, zo blijkt uit een studie die vandaag werd gepubliceerd in het vakblad Nature.
De onderzoekers, een internationaal team van Amerikaanse, Zuid-Koreaanse en Chinese wetenschappers, focusten hun onderzoek op hypertrofische obstructieve cardiomyopathie, een verdikking van de hartspier, die de belangrijkste doodsoorzaak vormt onder jonge atleten.
De hartaandoening treft 1 op 500 mensen en kan leiden tot een plotse hartstilstand. De ziekte wordt veroorzaakt door een afwijking in een enkel gen en dragers hebben vijftig procent kans om dat gen door te geven aan hun kinderen.
"Dankzij deze techniek is het mogelijk is de last van deze erfelijke ziekte op de familie en uiteindelijk de mensheid te beperken."
Dr. Shoukhrat Mitalipov
In de studie, die beschreven wordt in het vakblad Nature, gebeurde het genetisch herstel tijdens de conceptie. Sperma van een man met hypertrofische obstructieve cardiomyopathie, werd bewerkt met Crispr-technologie, die werkt als een genetische schaar en de gemuteerde DNA-sequentie uit het mannelijke gen knipt. Dat gezonde DNA werd ingebracht in het bevruchte eitje.
De onderzoekers gaven de embryo's vijf dagen de tijd om zich te ontwikkelen voor ze het experiment stopzetten. 72 procent van de embryo's bleken vrij te zijn van de ziekteverwekkende mutatie. "Elke volgende generatie zou dit herstel meekrijgen, want we hebben de ziekteverwekkende genvariant uit de verwantschapslijn gehaald. Dankzij deze techniek is het mogelijk de last van deze erfelijke ziekte voor de familie en uiteindelijk de mensheid te beperken," zegt dr. Shoukhrat Mitalipov, een sleutelfiguur in het onderzoek.
De methode was echter niet sluitend: de overige embryo's hadden een ongewenste deletie of insertie in het DNA. Volgens dr. Mitalipov kan de procedure nog verder verfijnd worden, zodat minstens 90 procent van de embryo's mutatievrij zouden zijn.
10.000 aandoeningen
De onderzoekers benadrukken wel dat er meer onderzoek naar genaanpassing nodig is, vooraleer kan gestart worden met klinische proeven.
Hoewel het nog enige tijd zal duren voor de praktijk ook in de realiteit kan worden toegepast, vergroot het onderzoek alleszins de kans dat baby's op een dag beschermd kunnen worden tegen erfelijke aandoeningen. Ongeveer 10.000 erfelijke aandoeningen zouden in theorie kunnen hersteld worden met deze technologie.
Ethisch verantwoord?
Misschien wel de grootste vraag, en waarschijnlijk degene waarover het meest gedebatteerd zal worden, is of we de genen van een ivf-embryo wel fysiek zouden mogen aanpassen."
Prof. Darren Griffin
Tegelijkertijd roept het onderzoek ook ethische vragen op. "Misschien wel de grootste vraag, en waarschijnlijk degene waarover het meest gedebatteerd zal worden, is of we de genen van een ivf-embryo wel fysiek zouden mogen aanpassen," zegt Darren Griffin, professor genetica aan de universiteit van Kent. "Dit is geen eenvoudige vraag. Tegelijkertijd moet ook het debat gevoerd worden over hoe moreel acceptabel het is om niet in te grijpen wanneer we deze technologie om levensbedreigende ziektes te vermijden, ter beschikking hebben," aldus Griffin.
De studie werd al scherp veroordeeld door dr. David King van de actiegroep Human Genetics Alert in Londen, die het onderzoek "onverantwoord" en een "race voor de eerste genetisch aangepaste baby" noemt.
"Hoewel we nog maar net de complexiteit van genetische aandoeningen beginnen te begrijpen, zal genaanpassing waarschijnlijk aanvaardbaar worden wanneer de potentiële voordelen, zowel voor individuen als de bredere maatschappij, groter worden dan de risico's," zegt dr. Yalda Jamshidi, docent genomische geneeskunde aan de St. George's University in Londen.
(HLN)
Doorbraak: wetenschappers halen gevaarlijke mutatie uit menselijke embryo's
De embryo's na de genaanpassing en een reeks celdelingen. © kos.
Wetenschappers zijn er voor het eerst in geslaagd om embryo's te ontdoen van DNA dat een dodelijke, erfelijke hartaandoening veroorzaakt. Ze produceerden op die manier embryo's die op het eerste gezicht gezond zijn, zo blijkt uit een studie die vandaag werd gepubliceerd in het vakblad Nature.
De onderzoekers, een internationaal team van Amerikaanse, Zuid-Koreaanse en Chinese wetenschappers, focusten hun onderzoek op hypertrofische obstructieve cardiomyopathie, een verdikking van de hartspier, die de belangrijkste doodsoorzaak vormt onder jonge atleten.
De hartaandoening treft 1 op 500 mensen en kan leiden tot een plotse hartstilstand. De ziekte wordt veroorzaakt door een afwijking in een enkel gen en dragers hebben vijftig procent kans om dat gen door te geven aan hun kinderen.
"Dankzij deze techniek is het mogelijk is de last van deze erfelijke ziekte op de familie en uiteindelijk de mensheid te beperken."
Dr. Shoukhrat Mitalipov
In de studie, die beschreven wordt in het vakblad Nature, gebeurde het genetisch herstel tijdens de conceptie. Sperma van een man met hypertrofische obstructieve cardiomyopathie, werd bewerkt met Crispr-technologie, die werkt als een genetische schaar en de gemuteerde DNA-sequentie uit het mannelijke gen knipt. Dat gezonde DNA werd ingebracht in het bevruchte eitje.
De onderzoekers gaven de embryo's vijf dagen de tijd om zich te ontwikkelen voor ze het experiment stopzetten. 72 procent van de embryo's bleken vrij te zijn van de ziekteverwekkende mutatie. "Elke volgende generatie zou dit herstel meekrijgen, want we hebben de ziekteverwekkende genvariant uit de verwantschapslijn gehaald. Dankzij deze techniek is het mogelijk de last van deze erfelijke ziekte voor de familie en uiteindelijk de mensheid te beperken," zegt dr. Shoukhrat Mitalipov, een sleutelfiguur in het onderzoek.
De methode was echter niet sluitend: de overige embryo's hadden een ongewenste deletie of insertie in het DNA. Volgens dr. Mitalipov kan de procedure nog verder verfijnd worden, zodat minstens 90 procent van de embryo's mutatievrij zouden zijn.
10.000 aandoeningen
De onderzoekers benadrukken wel dat er meer onderzoek naar genaanpassing nodig is, vooraleer kan gestart worden met klinische proeven.
Hoewel het nog enige tijd zal duren voor de praktijk ook in de realiteit kan worden toegepast, vergroot het onderzoek alleszins de kans dat baby's op een dag beschermd kunnen worden tegen erfelijke aandoeningen. Ongeveer 10.000 erfelijke aandoeningen zouden in theorie kunnen hersteld worden met deze technologie.
Ethisch verantwoord?
Misschien wel de grootste vraag, en waarschijnlijk degene waarover het meest gedebatteerd zal worden, is of we de genen van een ivf-embryo wel fysiek zouden mogen aanpassen."
Prof. Darren Griffin
Tegelijkertijd roept het onderzoek ook ethische vragen op. "Misschien wel de grootste vraag, en waarschijnlijk degene waarover het meest gedebatteerd zal worden, is of we de genen van een ivf-embryo wel fysiek zouden mogen aanpassen," zegt Darren Griffin, professor genetica aan de universiteit van Kent. "Dit is geen eenvoudige vraag. Tegelijkertijd moet ook het debat gevoerd worden over hoe moreel acceptabel het is om niet in te grijpen wanneer we deze technologie om levensbedreigende ziektes te vermijden, ter beschikking hebben," aldus Griffin.
De studie werd al scherp veroordeeld door dr. David King van de actiegroep Human Genetics Alert in Londen, die het onderzoek "onverantwoord" en een "race voor de eerste genetisch aangepaste baby" noemt.
"Hoewel we nog maar net de complexiteit van genetische aandoeningen beginnen te begrijpen, zal genaanpassing waarschijnlijk aanvaardbaar worden wanneer de potentiële voordelen, zowel voor individuen als de bredere maatschappij, groter worden dan de risico's," zegt dr. Yalda Jamshidi, docent genomische geneeskunde aan de St. George's University in Londen.
(HLN)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
09-08-2017
Nieuwe chip kan lichaam repareren
Over een paar jaar heeft iedere arts er waarschijnlijk eentje: een chip waarmee kapotte cellen kunnen worden gerepareerd. Het is een sensationele uitvinding van Ohio State University in de VS die belooft de geneeskunde revolutionair te veranderen. De uitvinders noemen het zelf tissue nano-transfection of TNT.
De behandeling, die tot nu toe alleen op muizen werd uitgevoerd, bestaat uit een kleine chip die op een stuk beschadigd lichaam wordt geplaatst. Dat kan huid zijn, maar ook zenuwbanen of bloedvaten. Deze chip kan zeer nauwkeurig eiwitten en genetisch materiaal naar de beschadigde cellen leiden, waar ze worden geactiveerd om cellen te repareren.
Zo is de chip op het beschadigde pootje van een muis gezet. De bloedvaten in het ledemaat werkten niet meer goed. Door de chip werden huidcellen van de muis veranderd in bloedvatcellen. Twee weken na de behandeling huppelde het knaagdier weer vrolijk rond. Maar het is ook mogelijk om deze techniek toe te passen op de hersens van muizen die een infarct hebben gehad. Dan worden de huidcellen omgezet in zenuwweefsel.
De behandeling is zeer effectief, in 98 procent van de experimenten werden muizen genezen met een ernstige aandoening. De uitvinders denken dat het zelfs ingezet kan worden om verouderde cellen te verjongen. Dat kan betekenen dat de levensduur van muizen – en hopelijk mensen – flink omhoog kan. Het lichaam krijgt gewoon een verjongingskuur.
De volgende stap is het experimenteren op mensen. Als die net zo reageren, heeft de geneeskunde er een krachtige nieuwe reparatieset bij. Vooral het behandelen van beschadigde huid en bloedvaten ziet er veelbelovend uit. Vooral omdat er gebruik wordt gemaakt van lichaamseigen eiwitten, die door het lichaam niet worden afgestoten.
De nieuwe techniek wordt in detail beschreven in het vakblad Nature Nanotechnology.
.
(faqt.nl)
Nieuwe chip kan lichaam repareren
Over een paar jaar heeft iedere arts er waarschijnlijk eentje: een chip waarmee kapotte cellen kunnen worden gerepareerd. Het is een sensationele uitvinding van Ohio State University in de VS die belooft de geneeskunde revolutionair te veranderen. De uitvinders noemen het zelf tissue nano-transfection of TNT.
De behandeling, die tot nu toe alleen op muizen werd uitgevoerd, bestaat uit een kleine chip die op een stuk beschadigd lichaam wordt geplaatst. Dat kan huid zijn, maar ook zenuwbanen of bloedvaten. Deze chip kan zeer nauwkeurig eiwitten en genetisch materiaal naar de beschadigde cellen leiden, waar ze worden geactiveerd om cellen te repareren.
Zo is de chip op het beschadigde pootje van een muis gezet. De bloedvaten in het ledemaat werkten niet meer goed. Door de chip werden huidcellen van de muis veranderd in bloedvatcellen. Twee weken na de behandeling huppelde het knaagdier weer vrolijk rond. Maar het is ook mogelijk om deze techniek toe te passen op de hersens van muizen die een infarct hebben gehad. Dan worden de huidcellen omgezet in zenuwweefsel.
De behandeling is zeer effectief, in 98 procent van de experimenten werden muizen genezen met een ernstige aandoening. De uitvinders denken dat het zelfs ingezet kan worden om verouderde cellen te verjongen. Dat kan betekenen dat de levensduur van muizen – en hopelijk mensen – flink omhoog kan. Het lichaam krijgt gewoon een verjongingskuur.
De volgende stap is het experimenteren op mensen. Als die net zo reageren, heeft de geneeskunde er een krachtige nieuwe reparatieset bij. Vooral het behandelen van beschadigde huid en bloedvaten ziet er veelbelovend uit. Vooral omdat er gebruik wordt gemaakt van lichaamseigen eiwitten, die door het lichaam niet worden afgestoten.
De nieuwe techniek wordt in detail beschreven in het vakblad Nature Nanotechnology.
.
(faqt.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
12-08-2017
Een printer waar levende wezens uitrollen: het begin is er
Een Amerikaanse onderzoeker heeft een apparaat ontwikkeld dat DNA, RNA, eiwitten en viruspartikels kan printen.
Het apparaat heeft de naam Digital-to-Biological Converter (kortweg DBC) gekregen en is ontwikkeld door de onderzoeksgroep van Craig Venter. Misschien gaat er bij het horen van die naam niet direct een belletje rinkelen. Maar binnen de synthetische biologie wordt de man gezien als een pionier. Hij verbaasde in 2000 vriend en vijand door met weinig mankracht in korte tijd het complete menselijke genoom in kaart te brengen. En in 2010 wist hij alle kranten te halen door – naar eigen zeggen – voor het eerst kunstmatig leven te creëren (zie kader). Een paar jaar later – in 2016 – presenteerde hij een uitgeklede versie van diezelfde synthetische levensvorm die enkel de genen herbergde die deze nodig had om te overleven (en dat waren er – verbazingwekkend genoeg – 437, veel meer dan vooraf werd gedacht).
Synthetisch leven
In 2010 creëerde Venter een volledig synthetisch genoom en plaatste dat vervolgens in een levende cel. Velen – waaronder Venter zelf – bestempelden het resulterende organisme als ’s werelds eerste synthetische levensvorm. Daar valt echter wel iets op af te dingen. Want dit organisme was niet vanuit het niets gecreëerd: Venter maakte immers alsnog gebruik van een bestaande, levende cel.
DBC
En nu laat Venter dus weer van zich horen. En wel met de DBC. “Allerlei methoden die in het moleculair biologisch lab gebruikt worden, worden in dit apparaat geautomatiseerd,” vertelt professor Oscar Kuipers, als moleculair microbioloog verbonden aan de Universiteit van Groningen.
Van bits naar eiwitten
Maar hoe werkt het apparaat dan precies? “Het begint allemaal met digitale informatie, dus bits: nullen en enen,” stelt Kuipers. Die bits beschrijven een DNA-sequentie, oftewel de volgorde van nucleotiden, waarvan adenine (A), Cytosine (C), Guanine (G) en Thymine (T) de meest voorkomende zijn. “Met twee bits kun je elke letter schrijven. A kan bijvoorbeeld 00 zijn. C kan 10 zijn, G kan 01 zijn en T kan 11 zijn.” Zo’n digitale DNA-sequentie kan het apparaat van Venter vervolgens omzetten in een echt DNA-molecuul, dat bestaat uit twee ketens van duizenden aan elkaar gekoppelde nucleotiden. “Deze DNA-syntheses (de kunstmatig gecreëerde DNA-moleculen, red.) bestaan bijvoorbeeld uit een paar duizend letters. Die kortere stukken DNA kunnen echter aan elkaar gekoppeld worden, zodat grotere stukken DNA ontstaan. En uiteindelijk kun je zo een compleet chromosoom maken.” Zo heeft Venter al aangetoond dat hij het chromosoom van een faag – een klein virus dat alleen een specifieke bacterie infecteert en uit een paar duizend basenparen bestaat – kan produceren. “Maar je kunt zeker ook grotere DNA-sequenties maken.” Het apparaat gaat echter vervolgens nog een stapje verder. “Als je zo’n stuk DNA hebt, kan het apparaat daar nog enzymen aan toevoegen die het DNA omzetten in RNA-moleculen en die coderen dan voor de eiwitten.” Door vervolgens nog wat andere stoffen – waaronder energiedragers, enzymen en ribosomen – toe te voegen, maakt het apparaat een eiwit. “En dat gebeurt dus allemaal in vitro, dus zonder tussenkomst van levende cellen.”
De Digital-to-Biological Converter. Afbeelding: Nature Biotechnology / doi:10.1038/nbt.3859.
Transformatie-unit
Op dit moment kan het apparaat dus DNA-moleculen, RNA-moleculen en eiwitten maken. Daarnaast zit in het apparaat ook een transformatie-unit. Deze transformatie-unit kan het synthetische DNA in een levende cel plaatsen. Het betekent dat het apparaat in staat is om de ‘kunstmatige levensvorm’ die Venter in 2010 presenteerde, te ‘printen’.
Vaccins en medicijnen
Het klinkt heel indrukwekkend. Maar wat kunnen we nu eigenlijk met dit apparaat? Venter ziet grote mogelijkheden. Hij ziet het apparaat al vaccins, medicijnen, voedsel en zelfs complexere levensvormen op misschien wel andere planeten printen. “Het apparaat kan onder meer RNA-moleculen maken en die worden weer gebruikt om vaccins van te maken,” vertelt Kuipers. Er liggen plannen om de DBC kleiner en mogelijk zelfs draagbaar te maken. Het zou kunnen betekenen dat vaccins straks op elke plek gemaakt kunnen worden. Hetzelfde geldt voor sommige medicijnen. “Stel je voor dat je in het regenwoud zit en je loopt een infectie op. Het apparaat kan dan de ziekteverwekker sequencen en daarmee identificeren. Dan kan een arts op afstand het apparaat opdracht geven om een geschikt antibioticum te printen.” Het klinkt misschien te mooi om waar te zijn. “Maar het is zeker niet onmogelijk, want een antibioticum kan een eiwitje of een complexe organische verbinding zijn en zolang je de juiste moleculaire bouwstenen en enzymen hebt, kun je die synthetiseren.”
Wie is Venter?
Sommige mensen noemen hem een genie. Anderen zien hem meer als een geslepen zakenman die erin slaagt om – onder meer bij bedrijven – honderden miljoenen dollars los te peuteren voor zijn onderzoek. Kuipers ontmoette Venter een aantal jaren geleden toen Venter de Leeuwenhoek Medaille in ontvangst mocht nemen. “Het is een charismatische man, een visionair, maar tegelijkertijd is hij ook heel zakelijk.” Of hij net als eerdere ontvangers van de Leeuwenhoek Medaille ooit de Nobelprijs in handen gedrukt gaat krijgen? Het zou Kuipers niet verbazen. “Hij heeft misschien geen concrete grote ontdekking gedaan, maar hij heeft wel enorm veel kennis verzameld en die kennis snel gebruikt om onderzoek en synthese te automatiseren. De moleculaire biologie is door hem absoluut in een versnelling geraakt.”
Biologische teleportatie naar Mars
Maar Venter droomt groter. Hij ziet het ook wel voor zich dat dit apparaat in de toekomst naar Mars wordt gestuurd om daar micro-organismen te printen die de rode planeet terravormen. Of misschien kunnen we de planeet zelfs wel van een afstandje koloniseren door het genoom van complexere levensvormen – misschien zelfs mensen – naar zo’n apparaat op Mars te sturen. Venter noemt dat ‘biologische teleportatie’. “Het is een beetje Jules Verne-denken,” vindt Kuipers. Want er zitten vanzelfsprekend nogal wat haken en ogen aan dit wilde plan. “Eerst moet je het apparaat daar zien te krijgen en het moet ook daar – bij lage temperaturen en extreme omstandigheden – functioneren. Bovendien heeft Venter nog niet laten zien dat hij zonder tussenkomst van levende cellen een organisme kan printen. Dus dat betekent dat je cellen, al dan niet voorgeprepareerd, mee moet sturen om leven te kunnen ‘printen’.” Kuipers ziet zelf meer in die andere toepassing: snel medicijnen en vaccins printen op de plekken waar dat nu heel lastig is.
Echt nieuw leven printen
Biologische teleportatie mag dan ver weg zijn: het maakt Kuipers niet minder enthousiast over de DBC. “Het is heel mooi dat er nu een machine is die van elke sequentie in principe een eiwit kan maken. Natuurlijk zijn er nog wel wat problemen.” Zo is niet elk eiwit dat Venter maakt, functioneel, omdat niet elk eiwit zich direct goed vouwt. “Daarvoor heb je hulp-eiwitten of andere stofjes nodig, maar die kunnen in de toekomst natuurlijk in het apparaat worden toegevoegd. In theorie is dan ook niets onmogelijk. De logische vervolgstap? Met dit apparaat een compleet genoom synthetiseren en in een bacterie plaatsen, zodat een heel nieuwe bacterie ontstaat.” Die nieuwe bacterie kan – in de toekomst wellicht samen met synthetische hogere organismen – ingezet worden om stoffen te produceren die wij mensen nodig hebben. “Denk aan medicijnen of voedsel.” En dat toekomstbeeld is de opmaat naar de heilige graal binnen de synthetische biologie: leven maken from scratch. “Dat is de uitdaging. Van levenloos materiaal – nucleotiden, aminozuren, suikers, vetten, metalen en vitamines – leven maken,” bevestigt Kuipers. “Maar dat is nog ver weg. Dat kan nog wel 20 jaar duren. Maar als het lukt, kunnen we ook dat proces waarbij uit moleculen cellen worden gemaakt, automatiseren.”
Venter mag dan zo langzamerhand uitgegroeid zijn tot het gezicht van de synthetische biologie: hij is bij lange na niet de enige die in dit onderzoeksveld actief is. Talloze onderzoeksgroepen wereldwijd proberen nieuwe moleculen en stofwisselingsprocessen in bacteriën te brengen of zelfs vanuit niets een micro-organisme te scheppen. En het lijkt een kwestie van tijd voor zij met semi-synthetische levensvormen op de proppen komen die de wereld gaan veranderen. “Ik denk dat de impact van dit onderzoeksveld enorm kan zijn. Het is een beetje vergelijkbaar met de impact die de smartphone en de personal computer op de wereld hebben gehad, denk ik.” Alleen zal de synthetische biologie toch het speelveld blijven van de specialisten. “Ik denk niet dat elke burger straks zijn eigen medicijnen print, maar de apotheek op de hoek wel.” Voor het zover is, zullen de ethische bezwaren die er altijd zijn als het gaat om het ‘knutselen met DNA’, nog regelmatig de kop opsteken. Maar ze zullen de opmars van Venter en collega’s hooguit vertragen en zeker niet stoppen. “Elke technologie kan natuurlijk ten goede of ten kwade gebruikt worden,” benadrukt Kuipers. “Maar ik kan veel gevaarlijkere technologieën bedenken dan deze
(scientias.nl)
Een printer waar levende wezens uitrollen: het begin is er
Een Amerikaanse onderzoeker heeft een apparaat ontwikkeld dat DNA, RNA, eiwitten en viruspartikels kan printen.
Het apparaat heeft de naam Digital-to-Biological Converter (kortweg DBC) gekregen en is ontwikkeld door de onderzoeksgroep van Craig Venter. Misschien gaat er bij het horen van die naam niet direct een belletje rinkelen. Maar binnen de synthetische biologie wordt de man gezien als een pionier. Hij verbaasde in 2000 vriend en vijand door met weinig mankracht in korte tijd het complete menselijke genoom in kaart te brengen. En in 2010 wist hij alle kranten te halen door – naar eigen zeggen – voor het eerst kunstmatig leven te creëren (zie kader). Een paar jaar later – in 2016 – presenteerde hij een uitgeklede versie van diezelfde synthetische levensvorm die enkel de genen herbergde die deze nodig had om te overleven (en dat waren er – verbazingwekkend genoeg – 437, veel meer dan vooraf werd gedacht).
Synthetisch leven
In 2010 creëerde Venter een volledig synthetisch genoom en plaatste dat vervolgens in een levende cel. Velen – waaronder Venter zelf – bestempelden het resulterende organisme als ’s werelds eerste synthetische levensvorm. Daar valt echter wel iets op af te dingen. Want dit organisme was niet vanuit het niets gecreëerd: Venter maakte immers alsnog gebruik van een bestaande, levende cel.
DBC
En nu laat Venter dus weer van zich horen. En wel met de DBC. “Allerlei methoden die in het moleculair biologisch lab gebruikt worden, worden in dit apparaat geautomatiseerd,” vertelt professor Oscar Kuipers, als moleculair microbioloog verbonden aan de Universiteit van Groningen.
Van bits naar eiwitten
Maar hoe werkt het apparaat dan precies? “Het begint allemaal met digitale informatie, dus bits: nullen en enen,” stelt Kuipers. Die bits beschrijven een DNA-sequentie, oftewel de volgorde van nucleotiden, waarvan adenine (A), Cytosine (C), Guanine (G) en Thymine (T) de meest voorkomende zijn. “Met twee bits kun je elke letter schrijven. A kan bijvoorbeeld 00 zijn. C kan 10 zijn, G kan 01 zijn en T kan 11 zijn.” Zo’n digitale DNA-sequentie kan het apparaat van Venter vervolgens omzetten in een echt DNA-molecuul, dat bestaat uit twee ketens van duizenden aan elkaar gekoppelde nucleotiden. “Deze DNA-syntheses (de kunstmatig gecreëerde DNA-moleculen, red.) bestaan bijvoorbeeld uit een paar duizend letters. Die kortere stukken DNA kunnen echter aan elkaar gekoppeld worden, zodat grotere stukken DNA ontstaan. En uiteindelijk kun je zo een compleet chromosoom maken.” Zo heeft Venter al aangetoond dat hij het chromosoom van een faag – een klein virus dat alleen een specifieke bacterie infecteert en uit een paar duizend basenparen bestaat – kan produceren. “Maar je kunt zeker ook grotere DNA-sequenties maken.” Het apparaat gaat echter vervolgens nog een stapje verder. “Als je zo’n stuk DNA hebt, kan het apparaat daar nog enzymen aan toevoegen die het DNA omzetten in RNA-moleculen en die coderen dan voor de eiwitten.” Door vervolgens nog wat andere stoffen – waaronder energiedragers, enzymen en ribosomen – toe te voegen, maakt het apparaat een eiwit. “En dat gebeurt dus allemaal in vitro, dus zonder tussenkomst van levende cellen.”
De Digital-to-Biological Converter. Afbeelding: Nature Biotechnology / doi:10.1038/nbt.3859.
Transformatie-unit
Op dit moment kan het apparaat dus DNA-moleculen, RNA-moleculen en eiwitten maken. Daarnaast zit in het apparaat ook een transformatie-unit. Deze transformatie-unit kan het synthetische DNA in een levende cel plaatsen. Het betekent dat het apparaat in staat is om de ‘kunstmatige levensvorm’ die Venter in 2010 presenteerde, te ‘printen’.
Vaccins en medicijnen
Het klinkt heel indrukwekkend. Maar wat kunnen we nu eigenlijk met dit apparaat? Venter ziet grote mogelijkheden. Hij ziet het apparaat al vaccins, medicijnen, voedsel en zelfs complexere levensvormen op misschien wel andere planeten printen. “Het apparaat kan onder meer RNA-moleculen maken en die worden weer gebruikt om vaccins van te maken,” vertelt Kuipers. Er liggen plannen om de DBC kleiner en mogelijk zelfs draagbaar te maken. Het zou kunnen betekenen dat vaccins straks op elke plek gemaakt kunnen worden. Hetzelfde geldt voor sommige medicijnen. “Stel je voor dat je in het regenwoud zit en je loopt een infectie op. Het apparaat kan dan de ziekteverwekker sequencen en daarmee identificeren. Dan kan een arts op afstand het apparaat opdracht geven om een geschikt antibioticum te printen.” Het klinkt misschien te mooi om waar te zijn. “Maar het is zeker niet onmogelijk, want een antibioticum kan een eiwitje of een complexe organische verbinding zijn en zolang je de juiste moleculaire bouwstenen en enzymen hebt, kun je die synthetiseren.”
Wie is Venter?
Sommige mensen noemen hem een genie. Anderen zien hem meer als een geslepen zakenman die erin slaagt om – onder meer bij bedrijven – honderden miljoenen dollars los te peuteren voor zijn onderzoek. Kuipers ontmoette Venter een aantal jaren geleden toen Venter de Leeuwenhoek Medaille in ontvangst mocht nemen. “Het is een charismatische man, een visionair, maar tegelijkertijd is hij ook heel zakelijk.” Of hij net als eerdere ontvangers van de Leeuwenhoek Medaille ooit de Nobelprijs in handen gedrukt gaat krijgen? Het zou Kuipers niet verbazen. “Hij heeft misschien geen concrete grote ontdekking gedaan, maar hij heeft wel enorm veel kennis verzameld en die kennis snel gebruikt om onderzoek en synthese te automatiseren. De moleculaire biologie is door hem absoluut in een versnelling geraakt.”
Biologische teleportatie naar Mars
Maar Venter droomt groter. Hij ziet het ook wel voor zich dat dit apparaat in de toekomst naar Mars wordt gestuurd om daar micro-organismen te printen die de rode planeet terravormen. Of misschien kunnen we de planeet zelfs wel van een afstandje koloniseren door het genoom van complexere levensvormen – misschien zelfs mensen – naar zo’n apparaat op Mars te sturen. Venter noemt dat ‘biologische teleportatie’. “Het is een beetje Jules Verne-denken,” vindt Kuipers. Want er zitten vanzelfsprekend nogal wat haken en ogen aan dit wilde plan. “Eerst moet je het apparaat daar zien te krijgen en het moet ook daar – bij lage temperaturen en extreme omstandigheden – functioneren. Bovendien heeft Venter nog niet laten zien dat hij zonder tussenkomst van levende cellen een organisme kan printen. Dus dat betekent dat je cellen, al dan niet voorgeprepareerd, mee moet sturen om leven te kunnen ‘printen’.” Kuipers ziet zelf meer in die andere toepassing: snel medicijnen en vaccins printen op de plekken waar dat nu heel lastig is.
Echt nieuw leven printen
Biologische teleportatie mag dan ver weg zijn: het maakt Kuipers niet minder enthousiast over de DBC. “Het is heel mooi dat er nu een machine is die van elke sequentie in principe een eiwit kan maken. Natuurlijk zijn er nog wel wat problemen.” Zo is niet elk eiwit dat Venter maakt, functioneel, omdat niet elk eiwit zich direct goed vouwt. “Daarvoor heb je hulp-eiwitten of andere stofjes nodig, maar die kunnen in de toekomst natuurlijk in het apparaat worden toegevoegd. In theorie is dan ook niets onmogelijk. De logische vervolgstap? Met dit apparaat een compleet genoom synthetiseren en in een bacterie plaatsen, zodat een heel nieuwe bacterie ontstaat.” Die nieuwe bacterie kan – in de toekomst wellicht samen met synthetische hogere organismen – ingezet worden om stoffen te produceren die wij mensen nodig hebben. “Denk aan medicijnen of voedsel.” En dat toekomstbeeld is de opmaat naar de heilige graal binnen de synthetische biologie: leven maken from scratch. “Dat is de uitdaging. Van levenloos materiaal – nucleotiden, aminozuren, suikers, vetten, metalen en vitamines – leven maken,” bevestigt Kuipers. “Maar dat is nog ver weg. Dat kan nog wel 20 jaar duren. Maar als het lukt, kunnen we ook dat proces waarbij uit moleculen cellen worden gemaakt, automatiseren.”
Venter mag dan zo langzamerhand uitgegroeid zijn tot het gezicht van de synthetische biologie: hij is bij lange na niet de enige die in dit onderzoeksveld actief is. Talloze onderzoeksgroepen wereldwijd proberen nieuwe moleculen en stofwisselingsprocessen in bacteriën te brengen of zelfs vanuit niets een micro-organisme te scheppen. En het lijkt een kwestie van tijd voor zij met semi-synthetische levensvormen op de proppen komen die de wereld gaan veranderen. “Ik denk dat de impact van dit onderzoeksveld enorm kan zijn. Het is een beetje vergelijkbaar met de impact die de smartphone en de personal computer op de wereld hebben gehad, denk ik.” Alleen zal de synthetische biologie toch het speelveld blijven van de specialisten. “Ik denk niet dat elke burger straks zijn eigen medicijnen print, maar de apotheek op de hoek wel.” Voor het zover is, zullen de ethische bezwaren die er altijd zijn als het gaat om het ‘knutselen met DNA’, nog regelmatig de kop opsteken. Maar ze zullen de opmars van Venter en collega’s hooguit vertragen en zeker niet stoppen. “Elke technologie kan natuurlijk ten goede of ten kwade gebruikt worden,” benadrukt Kuipers. “Maar ik kan veel gevaarlijkere technologieën bedenken dan deze
(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
11-08-2017
'De meest complexe machine op aarde'
“Een van de (vele) uitdagingen bij de realisatie van kernfusie als energiebron is het maken van een bestendige reactorwand. Die moet een temperatuur van zo’n 150 miljoen Celsius weerstaan. Wetenschappers van het Nederlandse onderzoeksinstituut DIFFER denken nu dat een wand van vloeibaar metaal de klus kan klaren. Vier jaar geleden ging ik al op bezoek bij kernfusiereactor in aanbouw ITER en zag dat kernfusie rocket science op aarde is.”
Auteur: Roel van der Heijden
Ondanks de belofte op een veilige, schone en schier oneindige energieproductie faalden alle pogingen tot nu toe om kernfusie in te zetten als energiebron. Momenteel wordt er echter hard gewerkt aan een machine die de weg moet plaveien naar een centrale die fusie-energie produceert. Kennislink neemt met enkele experts testreactor ITER onder de loep, volgens sommigen de meest complexe machine op aarde in aanbouw.
Vloeibaar metaal als plasmadoosje
Het gloeiendhete plasma is de brandstof van een kernfusiereactor. Hoewel het voornamelijk in bedwang wordt gehouden door ijzersterke magneetvelden krijgt de wand van een reactor als ITER het enorm te verduren. Zelfs de sterkste en meest hittebestendige materialen slijten hierbij sneller dan ingenieurs lief is.
Wetenschappers van het Nederlandse onderzoeksinstituut publiceren begin augustus 2017 over een mogelijk oplossing: een wand van vloeibaar metaal. Ze testten een wand van wolfraam waarin door kleine gaatjes tin of lithium naar buiten stroomt. Als gevolg van de hitte verdampt dit materiaal en vormt een soort damplaag voor de wand, die warmte van het plasma absorbeert en verdeelt. Bovendien wordt de beschermlaag vanzelf dikker op het moment dat de temperatuur stijgt en er meer materiaal verdampt. De wetenschappers denken een veelbelovende oplossing voor toekomstige fusiereactoren in handen te hebben.
SOHO-EIT Consortium/ESA/NASA
Zon bijgesneden
Meer weten over kernfusie zelf? Lees het Kennislinkartikel Een zon op aarde.
De zon fuseert elke seconde met schijnbaar gemak honderden miljoenen tonnen aan waterstof tot helium. Het fuseren van atoomkernen tot nieuwe, zwaardere kernen is een proces waar doorgaans ongelofelijk veel energie bij vrijkomt en dat wereldleiders dan ook maar al te graag naar de aarde willen halen als basis van onze energievoorziening. Maar kernfusie bedrijf je niet zomaar…
Het punt is dat atomen zich niet zomaar laten fuseren. Daarvoor zijn omstandigheden nodig die niet eens in de buurt komen van wat wij ons kunnen voorstellen. In de kern van de zon, waar kernfusie plaatsvindt, heerst een druk van 250 miljard maal de druk van onze atmosfeer op zeeniveau en een temperatuur van 15 miljoen graden Celsius. Dat sámen is nodig voor kernfusie en wil je het kunstje van de zon nadoen, dan ontkom je niet aan deze twee welhaast onmogelijke voorwaarden.
Daarmee lijken de beloftes van fusie-energie volstrekt onhaalbaar, maar zo niet volgens Carlos Alejandre, vice-directeur van de veiligheidsafdeling van ITER: “Als je de temperatuur nóg verder opvoert, zeg naar ruim dan 100 miljoen graden, dan valt de noodzaak voor die extreem hoge druk weg. Kernfusie zal bij die temperatuur zelfs in een bijna vacuüm plaatsvinden.”
Alejandre heeft het specifiek over de fusie van deuterium en tritium, een reactie die niet in de zon voorkomt en pas echt vlot verloopt bij een temperatuur van pakweg 150 miljoen graden. Hoe onmogelijk deze temperatuur je ook in de oren mag klinkt, het is misschien wel juist deze fusiereactie die over 100 jaar de lampen in huis zullen laten branden.
Megamagnetron
We hebben allemaal wel een oven in huis die op te stoken is tot een kleine 300 graden Celsius. Industriële exemplaren halen duizenden graden. Maar hoe stook je een reactor op tot 150 miljoen graden, oftewel tien keer de temperatuur van de kern van onze zon?
Twee soorten verwarmingssystemen staan centraal in ITER. Ten eerste worden er deuterium-atomen versneld en met hoge snelheid op het materiaal in de reactor afgeschoten die hun energie daar via botsingen overdragen. Daarnaast zijn er twee systemen die de reactor verwarmen met elektromagnetische straling die specifiek is afgestemd op de bewegingen van de deeltjes waaruit het bestaat, ionen en elektronen. Eigenlijk is dit laatste proces is vergelijkbaar met de manier waarop een magnetron werkt.
Het verschil is dat het stookvermogen van ITER 50.000.000 watt is. Dat staat gelijk aan pakweg 25.000 huis-tuin-en-keuken-ovens bij elkaar.
Fusiereactor ITER gaat de eerste poging wagen om energie te winnen uit kernfusie. Let vooral op de persoon die zich rechtsonder in deze impressie vergaapt aan de afmetingen van de reactor.
Karlsruhe Institute of Technology
Magnetisch doosje
Zaak is dus eerst een reactor te bouwen die op te stoken is tot boven de 100 miljoen graden Celsius. De cruciale vraag daarbij is: “waar maak je die reactor van?” Richard Pitts, verantwoordelijke voor de reactorwand van ITER reageert: “We kunnen op zich best een ‘doosje’ maken dat bestand is tegen die temperatuur; de hamvraag is alleen hoe lang dat doosje het uithoudt…”
De oplossing die hiervoor ruim een halve eeuw geleden werd bedacht is complex maar elegant. Wetenschappers in de voormalige Sovjet-Unie ontdekten toen dat het veel slimmer is om het fusiemateriaal te controleren met magnetische velden. Weliswaar brengt dit technisch gezien veel uitdagingen met zich mee, maar het grote voordeel is dat magnetische velden niet slijten, hoe hoog je de verwarming ook opschroeft.
Een voorwaarde voor het functioneren van een magnetische kamer is dat hetgeen je probeert te controleren een netto lading heeft. Hierbij helpt moeder natuur gelukkig een handje, want bij ITER’s beoogde temperaturen zijn atoomkernen niet meer in staat hun elektronen vast te houden. Het resultaat is een soep van negatief geladen elektronen en positief geladen atoomkernen – ook wel plasma genoemd – die zich prima laten dirigeren door een magnetisch veld.
Ook de Joint European Torus – een van de belangrijkste voorgangers van ITER – maakt gebruik van een magnetische kamer in de vorm van een donut, een zogenoemde tokamak. Het geheim van dit concept is dat de elektrisch geladen deeltjes bij een rondgaande beweging in de reactor een magneetveld opwekken dat het bestaande veld versterkt en andere deeltjes gevangen houdt.
Om het plasma van ITER op zijn plek te houden worden 18 verticale en 6 horizontale magnetische lussen gebruikt. Daarnaast bevindt er zich een verticale magnetische staaf in het midden van de machine.*
ITER
Vliegdekschepen afremmen
Toch zal het opstarten van ITER niet zo eenvoudig zijn als de verwarming aanzetten en de deeltjes in de reactor een zetje in de rondte te geven. De magnetische kamer bestaat immers bij de gratie van magneten; héél veel magneten… Neil Mitchell is de man die bij ITER verantwoordelijk is voor de magneten en hij laat weten dat er momenteel zo’n 409 ton aan magneten is geproduceerd, bijna een half miljoen kilo, alsof het de normaalste zaak van de wereld is. “In feite zijn die magneten lange kabels gemaakt van niobium-tin”, laat hij weten. “In totaal zo’n 85.000 kilometer in lengte. Ik schat dat de waarde van die magneten alleen al zo’n 250 miljoen euro is…”
Het principe van deze magneten is vrij eenvoudig, te vergelijken met elke elektromagneet. Jaag een flinke stroom door de kabel die is gewikkeld als een spoel en je wekt een aardig magneetveld op. Hoe hoger die stroom des te sterker is het magneetveld.
[img]https://assets.kennislink.nl/system/files/000/184/611/medium/Charles_de_Gaulle_schip.jpg?1495023023
[/img]Met de energie die in de magneten van ITER zit opgeslagen zou je het Franse vliegdekschip Charles de Gaulle tot 180 kilometer per uur kunnen versnellen.
netmarine.net
Maar ‘aardig’ is in het geval van ITER niet goed genoeg. Hier zijn magneetvelden tot wel 13 tesla nodig, oftewel de 2500 keer de sterkte van een gemiddelde koelkastmagneet. Om dat voor elkaar te krijgen worden er handig gebruik gemaakt van supergeleiding. Door de magneetkabels te koelen tot slechts een paar graden boven het absolute nulpunt verliezen ze hun elektrische weerstand. Dat betekent dat er gigantische stromen doorheen kunnen lopen, zónder dat de kabels opwarmen of zelfs smelten.
“Het is hierbij wel cruciaal dat de magneten niet boven de kritische temperatuur komen”, zegt Mitchell. “Mochten ze op het moment dat ITER draait warmer worden dan zo’n -268 graden Celsius dan verliezen ze hun supergeleidende eigenschap en beginnen de gigantische hoeveelheid energie die ze bevatten om te zetten in warmte. En dat zal waarschijnlijk desastreuze gevolgen voor de reactor hebben. We hebben daarom een noodsysteem waarmee we de 51 gigajoule in het magneetsysteem veilig kunnen afvoeren binnen pakweg 20 seconden. Stel je voor, dit komt overeen met het afremmen van Frankrijks vlaggenschip Charles de Gaulle van 180 km/h tot 0; en dat in dezelfde korte tijd…”
Rocket science van het afvoerputje
Om te voorkomen dat deze noodstop ooit gebruikt hoeft te worden zijn de magneten goed afgeschermd van het gloeiendhete hart van de reactor. Onder andere door de vacuümkamer. De stalen kolos zorgt daarnaast voor een luchtdichte afsluiting van de reactor. Zelfs maar een grammetje lucht zou het fusiefeest in de reactor grondig verpesten. Dat komt onder andere omdat er zich tijdens operatie überhaupt maar een gram brandstof in de reactor zit. ITER wordt naast megamagnetron en magnetische krachtpatser, eigenlijk ook een van de grootste vacuümkamers te wereld. De kamer bestaat uit een dubbele stalen wand waartussen water stroomt ter koeling. Het stalen gevaarte weegt net iets meer dan het ijzer van de Eiffeltoren bij elkaar.
Deze ruimte kan vrijwel vacuüm worden gezogen zodat er tegelijkertijd slechts een gram fusiemateriaal in de reactor zit. De 44 poorten kunnen worden gebruikt als entree voor robotarmen om reparaties aan de binnenkant van de reactor uit te voeren.
ITER
De binnenkant van de vacuümkamer is bedekt met in totaal 44 grote beryllium tegels, het zogenoemde blanket. Het is vooral deze laag die het flink te verduren zal krijgen. Grote hoeveelheden elektromagnetische straling en hoog-energetische neutronen (die niet worden bedwongen door het magneetveld van de reactor) zullen deze laag opwarmen en langzaam radioactief maken.
Een ander onderdeel van ITER dat zwaar onder vuur zal liggen is de zogenoemde divertor. “Het afvoerputje van ITER”, aldus Pitts. Hier wordt onder andere het ontstane helium – eigenlijk het ‘as’ van het vuur in de reactor – weggevoerd. Gezien de hitte van het plasma zal dit de plek zijn waar ITER het meeste zal slijten. Er zijn maar weinig materialen die de voorziene temperatuur (ongeveer 3000 graden Celsius) heelhuids kunnen doorstaan tijdens de beoogde 20-jarige levensduur van ITER, en waarschijnlijk wordt wolfraam in het ontwerp gebruikt, het metaal met het hoogste smeltpunt.
“De materialen van de divertor krijgen een hitte van tientallen megawatt per vierkante meter te verduren”, zegt Rem Haange. Dat is ter vergelijking al gauw zo’n 15.000 keer de energie die de zon op een heldere dag op een vierkante meter aarde schijnt. "Om iets te fabriceren dat zoveel hitte weerstaat kan echt wel rocket science genoemd worden.
Bouwproces
De laatste twee jaar is ITER de constructiefase ingegaan. Dat betekent dat de reactor niet slechts op de tekentafel bestaat, maar dat er in de Zuid-Franse bossen ook daadwerkelijk betonmolens draaien.
Het bouwterrein van ITER. Vergroot de afbeelding voor meer informatie.
Princeton Plasma Physics Laboratory/ITER
Overigens wil dat nog niet zeggen dat alle bouwtekeningen keurig op een stapeltje in de kast liggen. Hoewel het ontwerp in grote lijnen vaststaat, zijn nog niet alle delen van het systeem tot op de laatste millimeter uitgedacht.
“Neem bijvoorbeeld de tokamak zelf, op zijn afmetingen zit nu nog steeds een onzekerheid van een centimeter”, zegt Brian Macklin, medewerker van ITER die verantwoordelijk is voor het samenstellen van de machine. “Blijken de aangeleverde onderdelen aan de grote kant uitgevallen dan moeten we zorgen dat de afmetingen van de overige onderdelen daarop worden afgestemd. Dit zogenoemde reverse engineering zal de komende jaren nog veelvuldig voorkomen. Verder is er nu nog ruimte voor veranderingen in het ontwerp, maar als iemand nú nog de afmetingen van de reactor in het ontwerp probeert aan te passen dan wordt hij of zij echt naar huis gestuurd, haha.”
Volgens Macklin zal het in elkaar zetten van de reactor ongeveer vier jaar in beslag nemen. In 2017, op het hoogtepunt van het sleutelwerk, werken er bijna 2000 mensen op het terrein. Als de reactor helemaal klaar is rond 2021 zal de machine een periode van 18 maanden in gaan waarbij de machine voorzichtig wordt opgestart, zonder hem op volle kracht te benutten. Daarna gaat ITER weer uit. Het duurt dan nog twee jaar om de machine te perfectioneren voor het ‘echte werk’, als de machine tot het uiterste gedreven wordt en er ook daadwerkelijk kernfusie zal plaatsvinden. De planning zegt nu dat de eerste echte deuterium-tritium-experimenten, waarbij de machine meer energie produceert dan dat erin gaat, in 2027 plaats zullen vinden.
Politieke puzzel
ITER blijkt in alle opzichten een puzzel van wereldformaat. Een van de communicatiemedewerkers grapte tijdens een bezoek van Kennislink dat zelfs het miniatuurmodel van de reactor moeilijk in elkaar te zetten was. Maar het project is niet alleen een technische puzzel. Ook de internationale samenwerking zorgt voor hoofdbrekens. Zo werd er bijvoorbeeld jarenlang gesteggeld over de locatie van de reactor. Uiteindelijk won Europa de race om het gastheerschap en werd de ‘verliezende’ partij Japan zoet gehouden met extra privileges.
ITER is een samenwerkingsproject van China, de Europese Unie, India, Japan, Rusland, de Verenigde Staten en Zuid-Korea. De rode stip geeft aan waar de reactor gebouwd wordt.
Rfassbind via publiek domein
Het illustreert hoe lastig is om met de halve wereld één machine te bouwen die zijn weerga niet kent. Pitts besluit: “Misschien komen de detectors van de deeltjesversneller LHC in de buurt maar ik weet vrij zeker dat ITER de meest complexe machine wordt die ooit is gebouwd.”
(Kennislink.nl)
'De meest complexe machine op aarde'
“Een van de (vele) uitdagingen bij de realisatie van kernfusie als energiebron is het maken van een bestendige reactorwand. Die moet een temperatuur van zo’n 150 miljoen Celsius weerstaan. Wetenschappers van het Nederlandse onderzoeksinstituut DIFFER denken nu dat een wand van vloeibaar metaal de klus kan klaren. Vier jaar geleden ging ik al op bezoek bij kernfusiereactor in aanbouw ITER en zag dat kernfusie rocket science op aarde is.”
Auteur: Roel van der Heijden
Ondanks de belofte op een veilige, schone en schier oneindige energieproductie faalden alle pogingen tot nu toe om kernfusie in te zetten als energiebron. Momenteel wordt er echter hard gewerkt aan een machine die de weg moet plaveien naar een centrale die fusie-energie produceert. Kennislink neemt met enkele experts testreactor ITER onder de loep, volgens sommigen de meest complexe machine op aarde in aanbouw.
Vloeibaar metaal als plasmadoosje
Het gloeiendhete plasma is de brandstof van een kernfusiereactor. Hoewel het voornamelijk in bedwang wordt gehouden door ijzersterke magneetvelden krijgt de wand van een reactor als ITER het enorm te verduren. Zelfs de sterkste en meest hittebestendige materialen slijten hierbij sneller dan ingenieurs lief is.
Wetenschappers van het Nederlandse onderzoeksinstituut publiceren begin augustus 2017 over een mogelijk oplossing: een wand van vloeibaar metaal. Ze testten een wand van wolfraam waarin door kleine gaatjes tin of lithium naar buiten stroomt. Als gevolg van de hitte verdampt dit materiaal en vormt een soort damplaag voor de wand, die warmte van het plasma absorbeert en verdeelt. Bovendien wordt de beschermlaag vanzelf dikker op het moment dat de temperatuur stijgt en er meer materiaal verdampt. De wetenschappers denken een veelbelovende oplossing voor toekomstige fusiereactoren in handen te hebben.
SOHO-EIT Consortium/ESA/NASA
Zon bijgesneden
Meer weten over kernfusie zelf? Lees het Kennislinkartikel Een zon op aarde.
De zon fuseert elke seconde met schijnbaar gemak honderden miljoenen tonnen aan waterstof tot helium. Het fuseren van atoomkernen tot nieuwe, zwaardere kernen is een proces waar doorgaans ongelofelijk veel energie bij vrijkomt en dat wereldleiders dan ook maar al te graag naar de aarde willen halen als basis van onze energievoorziening. Maar kernfusie bedrijf je niet zomaar…
Het punt is dat atomen zich niet zomaar laten fuseren. Daarvoor zijn omstandigheden nodig die niet eens in de buurt komen van wat wij ons kunnen voorstellen. In de kern van de zon, waar kernfusie plaatsvindt, heerst een druk van 250 miljard maal de druk van onze atmosfeer op zeeniveau en een temperatuur van 15 miljoen graden Celsius. Dat sámen is nodig voor kernfusie en wil je het kunstje van de zon nadoen, dan ontkom je niet aan deze twee welhaast onmogelijke voorwaarden.
Daarmee lijken de beloftes van fusie-energie volstrekt onhaalbaar, maar zo niet volgens Carlos Alejandre, vice-directeur van de veiligheidsafdeling van ITER: “Als je de temperatuur nóg verder opvoert, zeg naar ruim dan 100 miljoen graden, dan valt de noodzaak voor die extreem hoge druk weg. Kernfusie zal bij die temperatuur zelfs in een bijna vacuüm plaatsvinden.”
Alejandre heeft het specifiek over de fusie van deuterium en tritium, een reactie die niet in de zon voorkomt en pas echt vlot verloopt bij een temperatuur van pakweg 150 miljoen graden. Hoe onmogelijk deze temperatuur je ook in de oren mag klinkt, het is misschien wel juist deze fusiereactie die over 100 jaar de lampen in huis zullen laten branden.
Megamagnetron
We hebben allemaal wel een oven in huis die op te stoken is tot een kleine 300 graden Celsius. Industriële exemplaren halen duizenden graden. Maar hoe stook je een reactor op tot 150 miljoen graden, oftewel tien keer de temperatuur van de kern van onze zon?
Twee soorten verwarmingssystemen staan centraal in ITER. Ten eerste worden er deuterium-atomen versneld en met hoge snelheid op het materiaal in de reactor afgeschoten die hun energie daar via botsingen overdragen. Daarnaast zijn er twee systemen die de reactor verwarmen met elektromagnetische straling die specifiek is afgestemd op de bewegingen van de deeltjes waaruit het bestaat, ionen en elektronen. Eigenlijk is dit laatste proces is vergelijkbaar met de manier waarop een magnetron werkt.
Het verschil is dat het stookvermogen van ITER 50.000.000 watt is. Dat staat gelijk aan pakweg 25.000 huis-tuin-en-keuken-ovens bij elkaar.
Fusiereactor ITER gaat de eerste poging wagen om energie te winnen uit kernfusie. Let vooral op de persoon die zich rechtsonder in deze impressie vergaapt aan de afmetingen van de reactor.
Karlsruhe Institute of Technology
Magnetisch doosje
Zaak is dus eerst een reactor te bouwen die op te stoken is tot boven de 100 miljoen graden Celsius. De cruciale vraag daarbij is: “waar maak je die reactor van?” Richard Pitts, verantwoordelijke voor de reactorwand van ITER reageert: “We kunnen op zich best een ‘doosje’ maken dat bestand is tegen die temperatuur; de hamvraag is alleen hoe lang dat doosje het uithoudt…”
De oplossing die hiervoor ruim een halve eeuw geleden werd bedacht is complex maar elegant. Wetenschappers in de voormalige Sovjet-Unie ontdekten toen dat het veel slimmer is om het fusiemateriaal te controleren met magnetische velden. Weliswaar brengt dit technisch gezien veel uitdagingen met zich mee, maar het grote voordeel is dat magnetische velden niet slijten, hoe hoog je de verwarming ook opschroeft.
Een voorwaarde voor het functioneren van een magnetische kamer is dat hetgeen je probeert te controleren een netto lading heeft. Hierbij helpt moeder natuur gelukkig een handje, want bij ITER’s beoogde temperaturen zijn atoomkernen niet meer in staat hun elektronen vast te houden. Het resultaat is een soep van negatief geladen elektronen en positief geladen atoomkernen – ook wel plasma genoemd – die zich prima laten dirigeren door een magnetisch veld.
Ook de Joint European Torus – een van de belangrijkste voorgangers van ITER – maakt gebruik van een magnetische kamer in de vorm van een donut, een zogenoemde tokamak. Het geheim van dit concept is dat de elektrisch geladen deeltjes bij een rondgaande beweging in de reactor een magneetveld opwekken dat het bestaande veld versterkt en andere deeltjes gevangen houdt.
Om het plasma van ITER op zijn plek te houden worden 18 verticale en 6 horizontale magnetische lussen gebruikt. Daarnaast bevindt er zich een verticale magnetische staaf in het midden van de machine.*
ITER
Vliegdekschepen afremmen
Toch zal het opstarten van ITER niet zo eenvoudig zijn als de verwarming aanzetten en de deeltjes in de reactor een zetje in de rondte te geven. De magnetische kamer bestaat immers bij de gratie van magneten; héél veel magneten… Neil Mitchell is de man die bij ITER verantwoordelijk is voor de magneten en hij laat weten dat er momenteel zo’n 409 ton aan magneten is geproduceerd, bijna een half miljoen kilo, alsof het de normaalste zaak van de wereld is. “In feite zijn die magneten lange kabels gemaakt van niobium-tin”, laat hij weten. “In totaal zo’n 85.000 kilometer in lengte. Ik schat dat de waarde van die magneten alleen al zo’n 250 miljoen euro is…”
Het principe van deze magneten is vrij eenvoudig, te vergelijken met elke elektromagneet. Jaag een flinke stroom door de kabel die is gewikkeld als een spoel en je wekt een aardig magneetveld op. Hoe hoger die stroom des te sterker is het magneetveld.
[img]https://assets.kennislink.nl/system/files/000/184/611/medium/Charles_de_Gaulle_schip.jpg?1495023023
[/img]Met de energie die in de magneten van ITER zit opgeslagen zou je het Franse vliegdekschip Charles de Gaulle tot 180 kilometer per uur kunnen versnellen.
netmarine.net
Maar ‘aardig’ is in het geval van ITER niet goed genoeg. Hier zijn magneetvelden tot wel 13 tesla nodig, oftewel de 2500 keer de sterkte van een gemiddelde koelkastmagneet. Om dat voor elkaar te krijgen worden er handig gebruik gemaakt van supergeleiding. Door de magneetkabels te koelen tot slechts een paar graden boven het absolute nulpunt verliezen ze hun elektrische weerstand. Dat betekent dat er gigantische stromen doorheen kunnen lopen, zónder dat de kabels opwarmen of zelfs smelten.
“Het is hierbij wel cruciaal dat de magneten niet boven de kritische temperatuur komen”, zegt Mitchell. “Mochten ze op het moment dat ITER draait warmer worden dan zo’n -268 graden Celsius dan verliezen ze hun supergeleidende eigenschap en beginnen de gigantische hoeveelheid energie die ze bevatten om te zetten in warmte. En dat zal waarschijnlijk desastreuze gevolgen voor de reactor hebben. We hebben daarom een noodsysteem waarmee we de 51 gigajoule in het magneetsysteem veilig kunnen afvoeren binnen pakweg 20 seconden. Stel je voor, dit komt overeen met het afremmen van Frankrijks vlaggenschip Charles de Gaulle van 180 km/h tot 0; en dat in dezelfde korte tijd…”
Rocket science van het afvoerputje
Om te voorkomen dat deze noodstop ooit gebruikt hoeft te worden zijn de magneten goed afgeschermd van het gloeiendhete hart van de reactor. Onder andere door de vacuümkamer. De stalen kolos zorgt daarnaast voor een luchtdichte afsluiting van de reactor. Zelfs maar een grammetje lucht zou het fusiefeest in de reactor grondig verpesten. Dat komt onder andere omdat er zich tijdens operatie überhaupt maar een gram brandstof in de reactor zit. ITER wordt naast megamagnetron en magnetische krachtpatser, eigenlijk ook een van de grootste vacuümkamers te wereld. De kamer bestaat uit een dubbele stalen wand waartussen water stroomt ter koeling. Het stalen gevaarte weegt net iets meer dan het ijzer van de Eiffeltoren bij elkaar.
Deze ruimte kan vrijwel vacuüm worden gezogen zodat er tegelijkertijd slechts een gram fusiemateriaal in de reactor zit. De 44 poorten kunnen worden gebruikt als entree voor robotarmen om reparaties aan de binnenkant van de reactor uit te voeren.
ITER
De binnenkant van de vacuümkamer is bedekt met in totaal 44 grote beryllium tegels, het zogenoemde blanket. Het is vooral deze laag die het flink te verduren zal krijgen. Grote hoeveelheden elektromagnetische straling en hoog-energetische neutronen (die niet worden bedwongen door het magneetveld van de reactor) zullen deze laag opwarmen en langzaam radioactief maken.
Een ander onderdeel van ITER dat zwaar onder vuur zal liggen is de zogenoemde divertor. “Het afvoerputje van ITER”, aldus Pitts. Hier wordt onder andere het ontstane helium – eigenlijk het ‘as’ van het vuur in de reactor – weggevoerd. Gezien de hitte van het plasma zal dit de plek zijn waar ITER het meeste zal slijten. Er zijn maar weinig materialen die de voorziene temperatuur (ongeveer 3000 graden Celsius) heelhuids kunnen doorstaan tijdens de beoogde 20-jarige levensduur van ITER, en waarschijnlijk wordt wolfraam in het ontwerp gebruikt, het metaal met het hoogste smeltpunt.
“De materialen van de divertor krijgen een hitte van tientallen megawatt per vierkante meter te verduren”, zegt Rem Haange. Dat is ter vergelijking al gauw zo’n 15.000 keer de energie die de zon op een heldere dag op een vierkante meter aarde schijnt. "Om iets te fabriceren dat zoveel hitte weerstaat kan echt wel rocket science genoemd worden.
Bouwproces
De laatste twee jaar is ITER de constructiefase ingegaan. Dat betekent dat de reactor niet slechts op de tekentafel bestaat, maar dat er in de Zuid-Franse bossen ook daadwerkelijk betonmolens draaien.
Het bouwterrein van ITER. Vergroot de afbeelding voor meer informatie.
Princeton Plasma Physics Laboratory/ITER
Overigens wil dat nog niet zeggen dat alle bouwtekeningen keurig op een stapeltje in de kast liggen. Hoewel het ontwerp in grote lijnen vaststaat, zijn nog niet alle delen van het systeem tot op de laatste millimeter uitgedacht.
“Neem bijvoorbeeld de tokamak zelf, op zijn afmetingen zit nu nog steeds een onzekerheid van een centimeter”, zegt Brian Macklin, medewerker van ITER die verantwoordelijk is voor het samenstellen van de machine. “Blijken de aangeleverde onderdelen aan de grote kant uitgevallen dan moeten we zorgen dat de afmetingen van de overige onderdelen daarop worden afgestemd. Dit zogenoemde reverse engineering zal de komende jaren nog veelvuldig voorkomen. Verder is er nu nog ruimte voor veranderingen in het ontwerp, maar als iemand nú nog de afmetingen van de reactor in het ontwerp probeert aan te passen dan wordt hij of zij echt naar huis gestuurd, haha.”
Volgens Macklin zal het in elkaar zetten van de reactor ongeveer vier jaar in beslag nemen. In 2017, op het hoogtepunt van het sleutelwerk, werken er bijna 2000 mensen op het terrein. Als de reactor helemaal klaar is rond 2021 zal de machine een periode van 18 maanden in gaan waarbij de machine voorzichtig wordt opgestart, zonder hem op volle kracht te benutten. Daarna gaat ITER weer uit. Het duurt dan nog twee jaar om de machine te perfectioneren voor het ‘echte werk’, als de machine tot het uiterste gedreven wordt en er ook daadwerkelijk kernfusie zal plaatsvinden. De planning zegt nu dat de eerste echte deuterium-tritium-experimenten, waarbij de machine meer energie produceert dan dat erin gaat, in 2027 plaats zullen vinden.
Politieke puzzel
ITER blijkt in alle opzichten een puzzel van wereldformaat. Een van de communicatiemedewerkers grapte tijdens een bezoek van Kennislink dat zelfs het miniatuurmodel van de reactor moeilijk in elkaar te zetten was. Maar het project is niet alleen een technische puzzel. Ook de internationale samenwerking zorgt voor hoofdbrekens. Zo werd er bijvoorbeeld jarenlang gesteggeld over de locatie van de reactor. Uiteindelijk won Europa de race om het gastheerschap en werd de ‘verliezende’ partij Japan zoet gehouden met extra privileges.
ITER is een samenwerkingsproject van China, de Europese Unie, India, Japan, Rusland, de Verenigde Staten en Zuid-Korea. De rode stip geeft aan waar de reactor gebouwd wordt.
Rfassbind via publiek domein
Het illustreert hoe lastig is om met de halve wereld één machine te bouwen die zijn weerga niet kent. Pitts besluit: “Misschien komen de detectors van de deeltjesversneller LHC in de buurt maar ik weet vrij zeker dat ITER de meest complexe machine wordt die ooit is gebouwd.”
(Kennislink.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
28-08-2017
Nanochip verandert lichaamscellen
Onderzoekers van de Ohio State University Wexner Medical Center hebben een nanochip ontwikkeld die in staat is om lichaamscellen om te zetten in andere soorten lichaamscellen.
Zo voerden zij onlangs een proef uit op muizen en varkens met een verminderde bloedstroom in hun poten, waarbij huidcellen werden omgezet in vaatcellen. ‘Door de vorming van nieuwe bloedvaten kon de doorbloeding in zeer aangetaste poten terug op gang worden gebracht, waarna de poot zonder verdere behandeling kon genezen’, vertelt Chandan Sen, PhD, directeur van de afdeling regeneratieve geneeskunde & celtherapie.
De silicium nanochip ter grootte van een manchetknoop werkt door middel van het injecteren van synthetisch DNA onder de huid. Het injecteren gaat met behulp van een kort stroomstootje. ‘Dit proces duurt nog geen seconde, waarna de chip verwijderd wordt. Het lichaam doet vervolgens de rest. Doordat we geen virussen of ander infectiemateriaal gebruiken om ontstekingen te voorkomen, zijn de eventuele risico’s zeer laag. Cellen zullen dus niet opeens extreem snel gaan delen met alle gevolgen van dien’, aldus Sen.
Zenuwcellen
Naast vaatcellen kunnen de huidcellen ook worden omgezet in andere cellen, zoals zenuwcellen. In een ander experiment met muizen is het de onderzoekers gelukt om zenuwcellen te laten groeien onder de huid om deze vervolgens in de hersenen in te brengen om de muis te laten herstellen van een beroerte.
Sen en zijn team zijn zo’n vijf jaar geleden gestart met dit onderzoek en inmiddels tonen de proeven aan dat de techniek, door de onderzoekers Tissue Nanotransfection (TNT) genoemd, in 98 % van de gevallen aanslaat. Sen: ‘Normaal gesproken worden stamcellen of andere cellen omgezet in de versimpelde omgeving van het laboratorium, waarna deze worden ingebracht in het lichaam. Doordat het lichaam natuurlijk veel complexer is, presteren deze omgezette cellen meestal niet voldoende. Met ons onderzoek wilden we kijken of we de groeiende cellen ter plaatse kunnen omzetten, om op deze manier celfuncties aan te passen aan de behoefte.’
De onderzoekers willen volgend jaar starten met de klinische trials, waarbij eerst wordt gekeken naar het vormen van bloedvaten in verwonde ledematen. In een later stadium kunnen huidcellen worden omgezet in zenuwcellen voor een eventuele behandeling van parkinson en alzheimer.
(technischweekblad.nl)
Nanochip verandert lichaamscellen
Onderzoekers van de Ohio State University Wexner Medical Center hebben een nanochip ontwikkeld die in staat is om lichaamscellen om te zetten in andere soorten lichaamscellen.
Zo voerden zij onlangs een proef uit op muizen en varkens met een verminderde bloedstroom in hun poten, waarbij huidcellen werden omgezet in vaatcellen. ‘Door de vorming van nieuwe bloedvaten kon de doorbloeding in zeer aangetaste poten terug op gang worden gebracht, waarna de poot zonder verdere behandeling kon genezen’, vertelt Chandan Sen, PhD, directeur van de afdeling regeneratieve geneeskunde & celtherapie.
De silicium nanochip ter grootte van een manchetknoop werkt door middel van het injecteren van synthetisch DNA onder de huid. Het injecteren gaat met behulp van een kort stroomstootje. ‘Dit proces duurt nog geen seconde, waarna de chip verwijderd wordt. Het lichaam doet vervolgens de rest. Doordat we geen virussen of ander infectiemateriaal gebruiken om ontstekingen te voorkomen, zijn de eventuele risico’s zeer laag. Cellen zullen dus niet opeens extreem snel gaan delen met alle gevolgen van dien’, aldus Sen.
Zenuwcellen
Naast vaatcellen kunnen de huidcellen ook worden omgezet in andere cellen, zoals zenuwcellen. In een ander experiment met muizen is het de onderzoekers gelukt om zenuwcellen te laten groeien onder de huid om deze vervolgens in de hersenen in te brengen om de muis te laten herstellen van een beroerte.
Sen en zijn team zijn zo’n vijf jaar geleden gestart met dit onderzoek en inmiddels tonen de proeven aan dat de techniek, door de onderzoekers Tissue Nanotransfection (TNT) genoemd, in 98 % van de gevallen aanslaat. Sen: ‘Normaal gesproken worden stamcellen of andere cellen omgezet in de versimpelde omgeving van het laboratorium, waarna deze worden ingebracht in het lichaam. Doordat het lichaam natuurlijk veel complexer is, presteren deze omgezette cellen meestal niet voldoende. Met ons onderzoek wilden we kijken of we de groeiende cellen ter plaatse kunnen omzetten, om op deze manier celfuncties aan te passen aan de behoefte.’
De onderzoekers willen volgend jaar starten met de klinische trials, waarbij eerst wordt gekeken naar het vormen van bloedvaten in verwonde ledematen. In een later stadium kunnen huidcellen worden omgezet in zenuwcellen voor een eventuele behandeling van parkinson en alzheimer.
(technischweekblad.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
28-08-2017
Kwantumteleportatie is ook onder water mogelijk
Dat tonen Chinese onderzoekers aan. Het is volgens hen “de eerste stap richting onderzeese kwantumcommunicatie”.
Al enige jaren zijn onderzoekers bezig met teleportatie van data. Ze maken daarbij gebruik van wat Einstein jaren geleden “spooky action at a distance” noemde: verstrengeling van deeltjes. De Nederlandse onderzoeker Ronald Hanson vertelde er een paar jaar geleden – nadat zijn onderzoeksteam erin geslaagd was om data over een afstand van drie meter te teleporteren – het volgende over:
“Verstrengeling is misschien wel het vreemdste en meest intrigerende gevolg van de wetten van kwantummechanica. Als twee deeltjes verstrengeld zijn, smelten hun identiteiten samen: hun gezamenlijke toestand is exact bepaald, maar de identiteit van elk afzonderlijk is verdwenen. De verstrengelde deeltjes gedragen zich als één, ook als ze ver van elkaar verwijderd zijn.”
Wanneer twee deeltjes met elkaar verstrengeld zijn, is er dus een mysterieuze connectie tussen de twee deeltjes, waardoor de toestand van deeltje A afhankelijk is van de toestand van deeltje B. En door deeltje A te bestuderen, weet je dus hoe deeltje B eraan toe is en omgekeerd. In zekere zin wordt er dus informatie over het ene deeltje naar het andere geteleporteerd. En dat noemen we dus kwantumteleportatie of kwantumcommunicatie. Het heeft tal van voordelen. Zo reist informatie niet fysiek van deeltje A naar deeltje B, waardoor het ook onmogelijk te onderscheppen is. Kwantumcommunicatie is dus superveilig.
Eerdere experimenten
Onderzoeksteams wereldwijd zijn op dit moment druk met kwantumteleportatie aan het experimenteren. Daarbij wordt de afstand waarover geteleporteerd wordt, gaandeweg opgevoerd. Vorige maand maakten Chinese onderzoekers bijvoorbeeld bekend dat het ze voor het eerst gelukt was om informatie van de aarde naar de ruimte te teleporteren (over een afstand van zo’n 500 kilometer).
Zeewater
Tot voor kort werd er echter alleen geteleporteerd door bijvoorbeeld glasvezel of lucht. “Maar het blijft onduidelijk of zeewater, dat meer dan 70 procent van de aarde bedekt, ook gebruikt kan worden,” zo schrijven Chinese onderzoekers in het blad Optics Express. Maar daar wordt in datzelfde onderzoekspaper verandering in gebracht. De onderzoekers beschrijven namelijk een experiment dat aantoont dat kwantumcommunicatie ook doorgang kan vinden in water.
Het experiment
De onderzoekers verzamelden zeewater en pompten het in een drie meter lange tank in het laboratorium. Vervolgens creëerden ze twee verstrengelde fotonen die zich aan weerszijden van de tank bevonden. En hoewel tussen deze deeltjes van elkaar gescheiden werden door een drie meter brede ‘zee’, bleek de verstrengeling stand te houden en informatie in 98 procent van de gevallen keurig van het ene naar het andere deeltje ‘geteleporteerd’ te worden.
Daarmee is voor nu aangetoond dat kwantumteleportatie ook in zeewater werkt. De afstand waarover dat is aangetoond, is nog niet zo heel indrukwekkend. Maar de onderzoekers hebben goede hoop dat dat gaat veranderen. In hun paper schrijven ze er alle vertrouwen in te hebben dat kwantumteleportatie onder water mogelijk moet zijn over een afstand van zo’n 885 meter. Experimenten in volle zee moeten uitwijzen of dat werkelijk het geval is.
(scientias.nl)
Kwantumteleportatie is ook onder water mogelijk
Dat tonen Chinese onderzoekers aan. Het is volgens hen “de eerste stap richting onderzeese kwantumcommunicatie”.
Al enige jaren zijn onderzoekers bezig met teleportatie van data. Ze maken daarbij gebruik van wat Einstein jaren geleden “spooky action at a distance” noemde: verstrengeling van deeltjes. De Nederlandse onderzoeker Ronald Hanson vertelde er een paar jaar geleden – nadat zijn onderzoeksteam erin geslaagd was om data over een afstand van drie meter te teleporteren – het volgende over:
“Verstrengeling is misschien wel het vreemdste en meest intrigerende gevolg van de wetten van kwantummechanica. Als twee deeltjes verstrengeld zijn, smelten hun identiteiten samen: hun gezamenlijke toestand is exact bepaald, maar de identiteit van elk afzonderlijk is verdwenen. De verstrengelde deeltjes gedragen zich als één, ook als ze ver van elkaar verwijderd zijn.”
Wanneer twee deeltjes met elkaar verstrengeld zijn, is er dus een mysterieuze connectie tussen de twee deeltjes, waardoor de toestand van deeltje A afhankelijk is van de toestand van deeltje B. En door deeltje A te bestuderen, weet je dus hoe deeltje B eraan toe is en omgekeerd. In zekere zin wordt er dus informatie over het ene deeltje naar het andere geteleporteerd. En dat noemen we dus kwantumteleportatie of kwantumcommunicatie. Het heeft tal van voordelen. Zo reist informatie niet fysiek van deeltje A naar deeltje B, waardoor het ook onmogelijk te onderscheppen is. Kwantumcommunicatie is dus superveilig.
Eerdere experimenten
Onderzoeksteams wereldwijd zijn op dit moment druk met kwantumteleportatie aan het experimenteren. Daarbij wordt de afstand waarover geteleporteerd wordt, gaandeweg opgevoerd. Vorige maand maakten Chinese onderzoekers bijvoorbeeld bekend dat het ze voor het eerst gelukt was om informatie van de aarde naar de ruimte te teleporteren (over een afstand van zo’n 500 kilometer).
Zeewater
Tot voor kort werd er echter alleen geteleporteerd door bijvoorbeeld glasvezel of lucht. “Maar het blijft onduidelijk of zeewater, dat meer dan 70 procent van de aarde bedekt, ook gebruikt kan worden,” zo schrijven Chinese onderzoekers in het blad Optics Express. Maar daar wordt in datzelfde onderzoekspaper verandering in gebracht. De onderzoekers beschrijven namelijk een experiment dat aantoont dat kwantumcommunicatie ook doorgang kan vinden in water.
Het experiment
De onderzoekers verzamelden zeewater en pompten het in een drie meter lange tank in het laboratorium. Vervolgens creëerden ze twee verstrengelde fotonen die zich aan weerszijden van de tank bevonden. En hoewel tussen deze deeltjes van elkaar gescheiden werden door een drie meter brede ‘zee’, bleek de verstrengeling stand te houden en informatie in 98 procent van de gevallen keurig van het ene naar het andere deeltje ‘geteleporteerd’ te worden.
Daarmee is voor nu aangetoond dat kwantumteleportatie ook in zeewater werkt. De afstand waarover dat is aangetoond, is nog niet zo heel indrukwekkend. Maar de onderzoekers hebben goede hoop dat dat gaat veranderen. In hun paper schrijven ze er alle vertrouwen in te hebben dat kwantumteleportatie onder water mogelijk moet zijn over een afstand van zo’n 885 meter. Experimenten in volle zee moeten uitwijzen of dat werkelijk het geval is.
(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
06-09-2017
Primeur: onderzoekers veranderen de kleur van een bloem met CRISPR
Door één gen te verstoren, kleurden de bloemen wit in plaats van violet.
Japanse onderzoekers gingen aan de slag met de plant Ipomoea nil. Hun experiment bewijst dat CRISPR/Cas9 ook ingezet kan worden om genen van planten te bestuderen en manipuleren.
Wat is CRISPR/Cas9?
Het is een methode die onderzoekers kunnen gebruiken om heel specifieke genen uit te schakelen of een stukje DNA te vervangen door een ander stukje DNA. Onderzoeker hebben het trucje afgekeken van bacteriën die een vergelijkbare techniek gebruiken om zich te wapenen tegen virussen. Als een virus een bacterie binnendringt, integreert de bacterie het DNA van het virus in een bijzondere DNA-sequentie (ook wel Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, kortweg CRISPR genoemd). Vervolgens maakt de bacterie RNA aan dat een kopie van dat virus bevat. Dat RNA – ook wel guide-RNA genoemd – wordt opgenomen door een enzym dat ‘Cas’ wordt genoemd en leidt het enzym naar het virus. Eenmaal daar aangekomen knipt Cas het DNA van het virus in stukjes, waardoor het virus zich niet meer kan vermenigvuldigen. Wetenschappers hebben echter ontdekt dat Cas niet alleen viraal DNA, maar DNA van elk organisme kapot kan knippen. En door een specifiek stukje guide-RNA aan het enzym mee te geven, kunnen onderzoekers heel precies bepalen waar het DNA kapot wordt geknipt. Een cel zal vervolgens proberen het DNA te repareren, maar vaak worden daarbij fouten gemaakt en ontstaan mutaties waardoor het gen niet functioneert. Het is ook mogelijk om deze techniek in te zetten om een fout stukje DNA te vervangen door een gewenst stukje DNA. in dat geval krijgt het guide-RNA ook een stukje DNA mee. Zodra het DNA doormidden is geknipt, wordt dit stukje DNA ertussen geplakt, zodat een nieuwe – wenselijke – DNA-sequentie ontstaat.
De onderzoekers richtten zich op het gen DFR-B. Dit gen codeert voor een enzym dat verantwoordelijk is voor de kleur van de stengels, bladeren en bloemen van I. nil. Ze wilden dit gen met behulp van CRISPR uitschakelen. Dat was best nog een uitdaging, aangezien vlakbij DFR-B twee nauw aan DFR-B verwante genen te vinden zijn. Grote vraag was dan ook of het zou lukken om DFR-B specifiek te raken en de andere genen onaangetast te laten.
Gelukt
Maar in het blad Scientific Reports schrijven de onderzoekers nu dat het gelukt is. Het DFR-B-gen werd verstoord en het enzym waarvoor het gen codeerde was niet langer actief. Hierdoor werd een bepaald pigment niet langer geproduceerd en kleurden de bloemen van de plant in 75 procent van de gevallen wit in plaats van violet. Een analyse van het genoom van de aangepaste planten bevestigt dat het stukje DNA dat de onderzoekers wilden veranderen, daadwerkelijk veranderd was en dat de nabijgelegen genen niet gemuteerd waren. Het bewijst dat CRISPR/Cas9 nauwgezet werkt.
CRISPR haalt de laatste tijd regelmatig de kranten. Onlangs meldden onderzoekers bijvoorbeeld nog dat het gelukt was om met behulp van CRISPR een schadelijke mutatie in menselijke embryo’s te repareren. Langzaam maar zeker wordt de enorme potentie van deze techniek dan ook steeds duidelijker. Tegelijkertijd roepen dergelijke experimenten ook ethische vraagstukken op. Bijvoorbeeld: hoever mogen we gaan tijdens het aanpassen van het menselijk genoom?
(scientias.nl)
Primeur: onderzoekers veranderen de kleur van een bloem met CRISPR
Door één gen te verstoren, kleurden de bloemen wit in plaats van violet.
Japanse onderzoekers gingen aan de slag met de plant Ipomoea nil. Hun experiment bewijst dat CRISPR/Cas9 ook ingezet kan worden om genen van planten te bestuderen en manipuleren.
Wat is CRISPR/Cas9?
Het is een methode die onderzoekers kunnen gebruiken om heel specifieke genen uit te schakelen of een stukje DNA te vervangen door een ander stukje DNA. Onderzoeker hebben het trucje afgekeken van bacteriën die een vergelijkbare techniek gebruiken om zich te wapenen tegen virussen. Als een virus een bacterie binnendringt, integreert de bacterie het DNA van het virus in een bijzondere DNA-sequentie (ook wel Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, kortweg CRISPR genoemd). Vervolgens maakt de bacterie RNA aan dat een kopie van dat virus bevat. Dat RNA – ook wel guide-RNA genoemd – wordt opgenomen door een enzym dat ‘Cas’ wordt genoemd en leidt het enzym naar het virus. Eenmaal daar aangekomen knipt Cas het DNA van het virus in stukjes, waardoor het virus zich niet meer kan vermenigvuldigen. Wetenschappers hebben echter ontdekt dat Cas niet alleen viraal DNA, maar DNA van elk organisme kapot kan knippen. En door een specifiek stukje guide-RNA aan het enzym mee te geven, kunnen onderzoekers heel precies bepalen waar het DNA kapot wordt geknipt. Een cel zal vervolgens proberen het DNA te repareren, maar vaak worden daarbij fouten gemaakt en ontstaan mutaties waardoor het gen niet functioneert. Het is ook mogelijk om deze techniek in te zetten om een fout stukje DNA te vervangen door een gewenst stukje DNA. in dat geval krijgt het guide-RNA ook een stukje DNA mee. Zodra het DNA doormidden is geknipt, wordt dit stukje DNA ertussen geplakt, zodat een nieuwe – wenselijke – DNA-sequentie ontstaat.
De onderzoekers richtten zich op het gen DFR-B. Dit gen codeert voor een enzym dat verantwoordelijk is voor de kleur van de stengels, bladeren en bloemen van I. nil. Ze wilden dit gen met behulp van CRISPR uitschakelen. Dat was best nog een uitdaging, aangezien vlakbij DFR-B twee nauw aan DFR-B verwante genen te vinden zijn. Grote vraag was dan ook of het zou lukken om DFR-B specifiek te raken en de andere genen onaangetast te laten.
Gelukt
Maar in het blad Scientific Reports schrijven de onderzoekers nu dat het gelukt is. Het DFR-B-gen werd verstoord en het enzym waarvoor het gen codeerde was niet langer actief. Hierdoor werd een bepaald pigment niet langer geproduceerd en kleurden de bloemen van de plant in 75 procent van de gevallen wit in plaats van violet. Een analyse van het genoom van de aangepaste planten bevestigt dat het stukje DNA dat de onderzoekers wilden veranderen, daadwerkelijk veranderd was en dat de nabijgelegen genen niet gemuteerd waren. Het bewijst dat CRISPR/Cas9 nauwgezet werkt.
CRISPR haalt de laatste tijd regelmatig de kranten. Onlangs meldden onderzoekers bijvoorbeeld nog dat het gelukt was om met behulp van CRISPR een schadelijke mutatie in menselijke embryo’s te repareren. Langzaam maar zeker wordt de enorme potentie van deze techniek dan ook steeds duidelijker. Tegelijkertijd roepen dergelijke experimenten ook ethische vraagstukken op. Bijvoorbeeld: hoever mogen we gaan tijdens het aanpassen van het menselijk genoom?
(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
14-09-2017
Quantumcomputer kan Nederlandse staatsgeheimen in no-time op straat gooien
Onderzoekers luiden de noodklok. De quantumcomputer komt eraan. En dus moeten we onze data als de wiedeweerga beschermen met nieuwe cryptografietechnieken. Maar die zijn er nog niet…
Op dit moment wordt onze data beschermd door beveiligingstechnieken zoals RSA en ECC. En daarmee is die data veilig, want deze beveiligingstechnieken bevatten sleutels die met een traditionele computer in nog geen 100 jaar te kraken zijn. Maar binnen tien jaar kunnen die beveiligingstechnieken wel eens compleet nutteloos worden.
Wat is een quantumcomputer precies?
De quantumcomputer onderscheidt zich van een traditionele computer doordat deze geen gebruik maakt van bits – die de waarde 0 óf 1 kunnen hebben – maar van quantumbits. Quantumbits kunnen bijvoorbeeld atomen zijn en die kunnen – dankzij verstrengeling – tegelijkertijd de waarde 0 én 1 hebben. Die quantumbits geven de quantumcomputer – zeker in vergelijking met de traditionele pc – een enorme capaciteit, zo legde Ton van Leeuwen eerder uit aan Scientias.nl. “Neem 256 bits: zo’n beetje het kleinste geheugentje dat we kennen. Met behulp van quantummechanische beschrijvingen zouden we in 256 atomen meer informatie op kunnen slaan dan in de gehele aarde, wanneer je deze om zou bouwen tot een USB-stick.” Maar niet alleen de capaciteit, ook de verwerkingssnelheid van een quantumcomputer is dankzij de quantumbits indrukwekkend. “Stel, ik geef jou een groot getal en vraag je te berekenen welke 28 priemgetallen ik vermenigvuldigd heb om tot dat grote getal te komen. Een klassieke computer zou het daar ontzettend moeilijk mee hebben. En dat is maar goed ook, want elke encryptie is hierop gebaseerd. Maar een quantumcomputer kan dat vraagstuk wel relatief snel oplossen.” Dat komt ook weer doordat deze niet alle opties één voor één, maar tegelijkertijd kan toetsen.
Quantumcomputer
Naar verwachting verschijnt rond 2025 namelijk de kwantumcomputer op het toneel. Deze computer maakt gebruik van quantummechanische eigenschappen en kan zo niet alleen bepaalde rekenproblemen in no-time oplossen, maar ook de RSA- en ECC-sleutels in een paar dagen of misschien zelfs uren kraken. Het zou kunnen betekenen dat data die nu nog veilig is dan in één klap op straat komt te liggen. En dat geldt niet alleen voor data die rond 2025 wordt gecreëerd, maar ook voor data die nu of in het verleden is opgeslagen. “Een kwaadwillende kan de beveiligde communicatie van nu opslaan om het vervolgens jaren later te kraken met een quantumcomputer,” vertelt hoogleraar cryptologie Tanja Lange. “Alle geheime informatie van nu is dan openbaar.”
Nieuwe cryptografie
Het is een angstaanjagend beeld. En daarom trekt Lange in het blad Nature aan de bel. Er is maar één manier om onze data in de toekomst tegen quantumcomputers te beschermen: post-quantum cryptografie ontwikkelen. Oftewel: beveiligingssleutels ontwikkelen die ook voor de quantumcomputer te hoog gegrepen zijn. Maar dat valt nog niet mee. En het lijkt dan ook een race tegen de klok te worden: zullen die beveiligingssleutels er zijn voor de quantumcomputer gemeengoed wordt?
Lange zet – samen met een collega – in Nature uiteen welke opties er op dit moment zijn voor post-quantum cryptografie. En elke optie lijkt zijn beperkingen te hebben. De ene vraagt bijvoorbeeld veel bandbreedte. Terwijl de andere gemakkelijker te bouwen is, maar weer minder veilig lijkt. Kortom: een robuuste post-quantum cryptografie lijkt nog ver weg. En dat is met het oog op de opmars van de quantumcomputer zorgwekkend. Daarom moet er volgens Lange onmiddellijk meer ingezet worden op cryptografie-onderzoek. “Na ontwikkeling en standaardisatie duurt alleen al het invoeren van nieuwe cryptosystemen 15 tot 20 jaar.”
Wil je meer weten over de quantumcomputer en de quantummechanica die erachter schuilgaat? Duik dan eens in dit artikel, waarin Ton van Leeuwen onthult dat zelfs de knapste koppen moeite hebben om de quantummechanica te bevatten: “Als je twintig natuurkundigen bij elkaar zet en over quantummechanica laat discussiëren, heb je binnen de kortste keren ‘ruzie’.”
(scientias.nl)
Quantumcomputer kan Nederlandse staatsgeheimen in no-time op straat gooien
Onderzoekers luiden de noodklok. De quantumcomputer komt eraan. En dus moeten we onze data als de wiedeweerga beschermen met nieuwe cryptografietechnieken. Maar die zijn er nog niet…
Op dit moment wordt onze data beschermd door beveiligingstechnieken zoals RSA en ECC. En daarmee is die data veilig, want deze beveiligingstechnieken bevatten sleutels die met een traditionele computer in nog geen 100 jaar te kraken zijn. Maar binnen tien jaar kunnen die beveiligingstechnieken wel eens compleet nutteloos worden.
Wat is een quantumcomputer precies?
De quantumcomputer onderscheidt zich van een traditionele computer doordat deze geen gebruik maakt van bits – die de waarde 0 óf 1 kunnen hebben – maar van quantumbits. Quantumbits kunnen bijvoorbeeld atomen zijn en die kunnen – dankzij verstrengeling – tegelijkertijd de waarde 0 én 1 hebben. Die quantumbits geven de quantumcomputer – zeker in vergelijking met de traditionele pc – een enorme capaciteit, zo legde Ton van Leeuwen eerder uit aan Scientias.nl. “Neem 256 bits: zo’n beetje het kleinste geheugentje dat we kennen. Met behulp van quantummechanische beschrijvingen zouden we in 256 atomen meer informatie op kunnen slaan dan in de gehele aarde, wanneer je deze om zou bouwen tot een USB-stick.” Maar niet alleen de capaciteit, ook de verwerkingssnelheid van een quantumcomputer is dankzij de quantumbits indrukwekkend. “Stel, ik geef jou een groot getal en vraag je te berekenen welke 28 priemgetallen ik vermenigvuldigd heb om tot dat grote getal te komen. Een klassieke computer zou het daar ontzettend moeilijk mee hebben. En dat is maar goed ook, want elke encryptie is hierop gebaseerd. Maar een quantumcomputer kan dat vraagstuk wel relatief snel oplossen.” Dat komt ook weer doordat deze niet alle opties één voor één, maar tegelijkertijd kan toetsen.
Quantumcomputer
Naar verwachting verschijnt rond 2025 namelijk de kwantumcomputer op het toneel. Deze computer maakt gebruik van quantummechanische eigenschappen en kan zo niet alleen bepaalde rekenproblemen in no-time oplossen, maar ook de RSA- en ECC-sleutels in een paar dagen of misschien zelfs uren kraken. Het zou kunnen betekenen dat data die nu nog veilig is dan in één klap op straat komt te liggen. En dat geldt niet alleen voor data die rond 2025 wordt gecreëerd, maar ook voor data die nu of in het verleden is opgeslagen. “Een kwaadwillende kan de beveiligde communicatie van nu opslaan om het vervolgens jaren later te kraken met een quantumcomputer,” vertelt hoogleraar cryptologie Tanja Lange. “Alle geheime informatie van nu is dan openbaar.”
Nieuwe cryptografie
Het is een angstaanjagend beeld. En daarom trekt Lange in het blad Nature aan de bel. Er is maar één manier om onze data in de toekomst tegen quantumcomputers te beschermen: post-quantum cryptografie ontwikkelen. Oftewel: beveiligingssleutels ontwikkelen die ook voor de quantumcomputer te hoog gegrepen zijn. Maar dat valt nog niet mee. En het lijkt dan ook een race tegen de klok te worden: zullen die beveiligingssleutels er zijn voor de quantumcomputer gemeengoed wordt?
Lange zet – samen met een collega – in Nature uiteen welke opties er op dit moment zijn voor post-quantum cryptografie. En elke optie lijkt zijn beperkingen te hebben. De ene vraagt bijvoorbeeld veel bandbreedte. Terwijl de andere gemakkelijker te bouwen is, maar weer minder veilig lijkt. Kortom: een robuuste post-quantum cryptografie lijkt nog ver weg. En dat is met het oog op de opmars van de quantumcomputer zorgwekkend. Daarom moet er volgens Lange onmiddellijk meer ingezet worden op cryptografie-onderzoek. “Na ontwikkeling en standaardisatie duurt alleen al het invoeren van nieuwe cryptosystemen 15 tot 20 jaar.”
Wil je meer weten over de quantumcomputer en de quantummechanica die erachter schuilgaat? Duik dan eens in dit artikel, waarin Ton van Leeuwen onthult dat zelfs de knapste koppen moeite hebben om de quantummechanica te bevatten: “Als je twintig natuurkundigen bij elkaar zet en over quantummechanica laat discussiëren, heb je binnen de kortste keren ‘ruzie’.”
(scientias.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
02-10-2017
Primeur: licht opgeslagen als geluid
Licht op een microchip. Dat hebben wetenschappers ontwikkeld om jouw computer in de toekomst supersnel te maken.
Plotseling begint je computer te pruttelen. Je voelt eraan. Ja hoor, hij is weer eens oververhit.
Het is bekend: als een computer te heet wordt, gaat hij langzamer werken en wordt hij instabiel. Daarom proberen natuurkundigen en bedrijven als IBM al lang een andere, snellere energiebron dan stroom te vinden. Licht ligt voor de hand, en om gegevens als licht op te slaan en te verwerken willen wetenschappers een fotonische chip ontwikkelen.
Computers met ‘lichtsnelheid’
Lichtdeeltjes, fotonen, wekken namelijk geen warmte op. Bovendien transporteren ze gegevens veel sneller, met een lager energieverbruik en zonder de storende elektromagnetische velden die stroom vormt.
Maar de onderzoekers worstelen met een probleem: hoe kan een chip gegevens ophalen en verwerken als het licht 300.000 kilometer per seconde aflegt?
Licht omgezet in geluid
Daar hebben geleerden aan de universiteit van Sydney nu iets op bedacht. Ze remmen het lichtsignaal binnen in een microchip af en ‘parkeren’ gegevens in een geluidsgolf, waardoor de gegevens vijf keer zo lang in de chip blijven.
Daardoor ontstaat er een pauze, waarin de computer de gegevens kan ophalen en verwerken, zelfs nauwkeuriger dan zoals het nu gaat.
Dit is mogelijk doordat de kleinste deeltjes van licht en geluid opvallende overeenkomsten vertonen. Net als fotonen bewegen zogenoemde fononen in golven met een verschillende kracht en lengte, en beide elementen kunnen elkaar beïnvloeden.
Er zijn echter meer experimenten nodig voordat de microchip in productie kan worden genomen.
1) Een dataimpuls in de vorm van pulserend licht (geel) wordt vanaf links de chip in gestuurd. Een lichtimpuls, die moet helpen met het opslaan van gegevens, komt van de rechterkant (blauw). 2) De twee lichtimpulsen stuiten op elkaar en beïnvloeden elkaar en het materiaal in het circuit, waardoor er een korte geluidsgolf ontstaat. Nu kunnen gegevens 10 nanoseconden lang worden opgeslagen, opgehaald en doorgestuurd. 3) Een nieuwe lichtimpuls loopt naar de chip en beweegt zich voort naar de geluidsgolf. 4) De lichtimpuls lost de geluidsgolf op en vormt een nieuwe lichtimpuls, identiek aan de oorspronkelijke gegevensdrager. 5) De lichtimpuls komt de chip uit. Dit alles duurt, afhankelijk van de grootte van de spiraal, 12 tot 13 nanoseconden.
(wibnet.nl)
Primeur: licht opgeslagen als geluid
Licht op een microchip. Dat hebben wetenschappers ontwikkeld om jouw computer in de toekomst supersnel te maken.
Plotseling begint je computer te pruttelen. Je voelt eraan. Ja hoor, hij is weer eens oververhit.
Het is bekend: als een computer te heet wordt, gaat hij langzamer werken en wordt hij instabiel. Daarom proberen natuurkundigen en bedrijven als IBM al lang een andere, snellere energiebron dan stroom te vinden. Licht ligt voor de hand, en om gegevens als licht op te slaan en te verwerken willen wetenschappers een fotonische chip ontwikkelen.
Computers met ‘lichtsnelheid’
Lichtdeeltjes, fotonen, wekken namelijk geen warmte op. Bovendien transporteren ze gegevens veel sneller, met een lager energieverbruik en zonder de storende elektromagnetische velden die stroom vormt.
Maar de onderzoekers worstelen met een probleem: hoe kan een chip gegevens ophalen en verwerken als het licht 300.000 kilometer per seconde aflegt?
Licht omgezet in geluid
Daar hebben geleerden aan de universiteit van Sydney nu iets op bedacht. Ze remmen het lichtsignaal binnen in een microchip af en ‘parkeren’ gegevens in een geluidsgolf, waardoor de gegevens vijf keer zo lang in de chip blijven.
Daardoor ontstaat er een pauze, waarin de computer de gegevens kan ophalen en verwerken, zelfs nauwkeuriger dan zoals het nu gaat.
Dit is mogelijk doordat de kleinste deeltjes van licht en geluid opvallende overeenkomsten vertonen. Net als fotonen bewegen zogenoemde fononen in golven met een verschillende kracht en lengte, en beide elementen kunnen elkaar beïnvloeden.
Er zijn echter meer experimenten nodig voordat de microchip in productie kan worden genomen.
1) Een dataimpuls in de vorm van pulserend licht (geel) wordt vanaf links de chip in gestuurd. Een lichtimpuls, die moet helpen met het opslaan van gegevens, komt van de rechterkant (blauw). 2) De twee lichtimpulsen stuiten op elkaar en beïnvloeden elkaar en het materiaal in het circuit, waardoor er een korte geluidsgolf ontstaat. Nu kunnen gegevens 10 nanoseconden lang worden opgeslagen, opgehaald en doorgestuurd. 3) Een nieuwe lichtimpuls loopt naar de chip en beweegt zich voort naar de geluidsgolf. 4) De lichtimpuls lost de geluidsgolf op en vormt een nieuwe lichtimpuls, identiek aan de oorspronkelijke gegevensdrager. 5) De lichtimpuls komt de chip uit. Dit alles duurt, afhankelijk van de grootte van de spiraal, 12 tot 13 nanoseconden.
(wibnet.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
quote:Universe shouldn’t exist, CERN physicists conclude
Physicists at CERN in Switzerland have made the most precise measurement ever of the magnetic moment of an anti-proton – a number that measures how a particle reacts to magnetic force – and found it to be exactly the same as that of the proton but with opposite sign. The work is described in Nature.
“All of our observations find a complete symmetry between matter and antimatter, which is why the universe should not actually exist,” says Christian Smorra, a physicist at CERN’s Baryon–Antibaryon Symmetry Experiment (BASE) collaboration. “An asymmetry must exist here somewhere but we simply do not understand where the difference is.”
Vóór het internet dacht men dat de oorzaak van domheid een gebrek aan toegang tot informatie was. Inmiddels weten we beter.
25-10-2017
Oersoep-experiment onverwacht succesvol
Bouwstenen van eiwitten gevormd in herhaling van historisch Miller-Urey-experiment in NEMO
Na een looptijd van vijf jaar is het Miller-Urey-experiment uit NEMO geanalyseerd. Wat is er ontstaan in deze nagebootste oersoep? Net als in het originele experiment, blijken ook nu weer ‘bouwstenen van leven’ te zijn gevormd.
Het beroemde Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum, links een foto uit 2012, rechts een foto uit 2017.
Wat zit erin? Dat was de grote vraag toen in mei van dit jaar het Miller-Urey-experiment in NEMO werd gestopt. Zou er in deze nabootsing van de ‘oersoep’ leven zijn ontstaan? Dat niet, zo weten we nu. Maar er zijn wel aminozuren gevormd, de bouwstenen van eiwitten. Cruciale moleculen voor al het leven dat we nu op aarde kennen. Ook van dat van ons. En misschien is er nog veel meer mogelijk: vandaag gaan drie nieuwe experimenten van start om de huidige resultaten te bevestigen en hopelijk nieuwe vondsten te genereren.
Scepsis en verbazing
In 1953 publiceerden de Amerikaanse promovendus Stanley Miller en zijn begeleider Harold Urey de resultaten van een revolutionair experiment. Ze hadden een kolf gevuld met eenvoudige gassen en water om de situatie op de jonge aarde, nog voordat er leven was, na te bootsen. In de kolf zorgden twee elektroden voor een elektrische ontlading, een soort bliksemflits, die de energie moest leveren voor chemische reacties. Doel van het experiment was om te zien of onder deze omstandigheden leven kan ontstaan. Of, iets minder ambitieus, dat er moleculen worden gevormd die belangrijk zijn voor leven.
Het plan van Miller en Urey werd destijds met de nodige scepsis onthaald en de verbazing was dan ook groot toen na een week verschillende aminozuren opdoken in deze ‘oersoep’. Een mengsel van eenvoudige gassen, wat water en energie uit een bliksemflits bleken voldoende om de ‘bouwstenen van leven’ te kunnen vormen.
Al snel volgde er kritiek; er werd hardop getwijfeld of hun experiment die oersituatie wel goed nabootste. Tegelijkertijd staat wel vast dat het Miller-Urey-experiment de start betekende van een heel nieuwe kijk op experimenteel onderzoek naar het ontstaan van leven. “Natuurlijk is er veel discussie geweest over de wetenschappelijke waarde van hun resultaten, maar het is hoe dan ook een belangrijk historisch experiment”, vindt Bert Meijer, hoogleraar Organische Chemie aan de Technische Universiteit Eindhoven.
Filmpje over het afronden van het Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum
Prut en aanslag
Toen Meijer werd benaderd door Rob van Hattum van NEMO Science Museum om mee te werken aan een langdurige herhaling van het Miller-Urey-experiment vond hij dat een heel leuk idee, maar hij had zo z’n twijfels of het iets zou opleveren. “We moesten de omstandigheden van het originele experiment flink aanpassen. Bij een experiment in een museum vol kinderen staat de veiligheid natuurlijk voorop. Daarom moesten we werken bij veel lagere druk en een veel lagere temperatuur dan in de originele situatie. Ook de kracht van stroomstootjes moest flink omlaag.” Chemische reacties verlopen langzamer bij lagere temperatuur en druk, als ze al op gang komen.
In 2012 ging het experiment van start. Meijer: “Af en toe keek ik in die kolf en dan zag ik wat grijze prut en wat aanslag op de elektroden en dan kon ik me niet voorstellen dat hier iets interessants zou ontstaan.” In mei van dit jaar zat de looptijd erop. De opstelling werd afgebroken en de zorgvuldig afgesloten kolf met onbekende inhoud ging op transport naar Eindhoven. Daar stonden Marle Vleugels en Martin van Son, masterstudenten scheikunde, klaar om deze nieuwe oersoep te doorgronden.
Te klein
Waar begin je met zoeken in een mengsel waar van alles in kan zitten? “Onze opdracht was om specifiek naar aminozuren te zoeken”, vertelt Vleugels. Dat klinkt als een rechttoe-rechtaan klusje, maar dat bleek toch iets ingewikkelder, ondanks dat ze een hele batterij aan analytische technieken tot hun beschikking hadden. Als eerste stap wilden ze HPLC gebruiken, een techniek waarbij je een mengsel scheidt in de afzonderlijke componenten. “Maar aminozuren zijn te klein om direct te detecteren met HPLC”, legt Van Son uit.
Marle Vleugels en Martin van Son
Koppeling aan een groter molecuul, een derivaat, was noodzakelijk en dat bood meteen de mogelijkheid tot selectie. Van Son: “We kozen een derivaat dat alleen zou binden aan amines, dat zijn moleculen met daarin een NH2-groep, een stikstofatoom met daaraan twee waterstofatomen. Alle aminozuren bevatten zo’n groep, dus dan weet je dat alles wat niet bindt aan je derivaat in ieder geval geen aminozuur is.”
Niet-standaard aminozuur
Het had nog behoorlijk wat voeten in de aarde, maar uiteindelijk lukte het de twee studenten om de potentiële aminozuren uit het mengsel te halen. Met behulp van nog weer andere technieken konden ze vervolgens aantonen dat er drie verschillende aminozuren zijn gevormd: glycine, alanine en bèta-alanine. Deze laatste is een variant op alanine met de NH2-groep op een andere locatie in het molecuul. En er zijn heel sterke aanwijzingen dat er ook 4-aminobutaanzuur is gevormd; een aminozuur dat we niet tegenkomen als bouwsteen van eiwitten. “Het is wel heel leuk dat we ook een niet-standaard aminozuur hebben gevonden”, zegt Van Son.
“Ik ben echt verrast dat ook bij de bijzonder milde omstandigheden van dit experiment deze stoffen ontstaan”, aldus een enthousiaste Bert Meijer. “Dit had ik vooraf niet gedacht.” Vleugels en Van Son hebben alleen naar aminozuren gezocht, maar er is vast nog meer te vinden. Daar heeft Meijer wel ideeën over. “Natuurlijk moeten we een slag om de arm houden, maar als ik naar de resultaten van de massaspectrometrie-bepalingen kijk, dan lijkt het er sterk op dat er langere ketens in het mengsel zitten. We gaan nu eerst zorgvuldig bepalen wat er precies aanwezig is, maar ik durf wel te zeggen dat we hier wellicht heel interessante moleculen tegenkomen.”
Klei in de kolf
Met de analyse zijn ze in Eindhoven nog wel even zoet, maar ondertussen gaat er alweer een nieuwe versie van het Miller-Urey-experiment van start in NEMO. Nu in maar liefst drie kolven, vertelt Vleugels. “Eentje is een exacte herhaling van het vorige experiment, de tweede is gelijk aan nummer één maar dan met klei toegevoegd en de derde is gelijk aan nummer één, maar in plaats van elektrische ontladingen zorgt een uv-lampje voor de energie.” Waarom klei? “Veel wetenschappers denken dat anorganische stoffen zoals klei een rol hebben gespeeld bij het ontstaan van het eerste leven”, zegt Van Son. “Aan het oppervlak van dit soort vaste materialen kunnen zich allerlei belangrijke reacties hebben afgespeeld.”
De drie nieuwe versies van het Miller-Urey-experiment: rechts de kolf die een herhaling is van het vorige experiment, in het midden de kolf waar een uv-lampje voor de energie gaat zorgen (nog niet gemonteerd) en links de versie met klei toegevoegd.
Miller exp ingepakt okt2017
Het nieuwe Miller-Urey-experiment is zorgvuldig ingepakt en klaar voor transport van de TU Eindhoven naar NEMO Science Museum in Amsterdam waar het vijf jaar zal lopen onder toeziend oog van de bezoekers.
Bert Meijer hoopt dat de twee variaties op het originele experiment ook echt leiden tot de vorming van andere moleculen. En hij hoopt dat de replica van het origineel juist een herhaling van de resultaten laat zien. “Ik kan niet vaak genoeg benadrukken hoe belangrijk het is dat je resultaten kunt reproduceren. Eén experiment levert geen wetenschappelijk bewijs.”
Niet zo snel
Maar in hoeverre levert dit experiment eigenlijk wetenschappelijk relevante informatie? Leert dit ons iets over het ontstaan van leven? “Dit is in de eerste plaats een experiment voor in een museum, waarmee je kinderen kennis wilt laten maken met wetenschap en bezoekers wilt laten nadenken over het ontstaan van leven”, aldus Meijer. “Als het verrassende uitkomsten levert is dat een mooie bijvangst, maar het is niet het uitgangspunt.”
Meijer denkt echter wel dat chemici op een andere manier iets van dit experiment kunnen leren. “Dit experiment heeft vijf jaar geduurd en chemici werken nooit zo lang aan één experiment. Bij ons moeten reacties vooral zo snel mogelijk verlopen, maar dit laat zien dat snelheid misschien niet altijd de beste drijfveer is. Een langere looptijd en heel milde condities kunnen ook interessante resultaten opleveren.” Dus toch maar een hoekje reserveren in het lab om een experiment lekker lang te laten lopen. Wie weet wat je tegenkomt.
Nobelprijswinnaar Ben Feringa en supramoleculair-wetenschapper Bert Meijer bij de nieuwe opstelling van het Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum op 13 oktober 2017.
DigiDaan
(kennislink.nl)
Oersoep-experiment onverwacht succesvol
Bouwstenen van eiwitten gevormd in herhaling van historisch Miller-Urey-experiment in NEMO
Na een looptijd van vijf jaar is het Miller-Urey-experiment uit NEMO geanalyseerd. Wat is er ontstaan in deze nagebootste oersoep? Net als in het originele experiment, blijken ook nu weer ‘bouwstenen van leven’ te zijn gevormd.
Het beroemde Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum, links een foto uit 2012, rechts een foto uit 2017.
Wat zit erin? Dat was de grote vraag toen in mei van dit jaar het Miller-Urey-experiment in NEMO werd gestopt. Zou er in deze nabootsing van de ‘oersoep’ leven zijn ontstaan? Dat niet, zo weten we nu. Maar er zijn wel aminozuren gevormd, de bouwstenen van eiwitten. Cruciale moleculen voor al het leven dat we nu op aarde kennen. Ook van dat van ons. En misschien is er nog veel meer mogelijk: vandaag gaan drie nieuwe experimenten van start om de huidige resultaten te bevestigen en hopelijk nieuwe vondsten te genereren.
Scepsis en verbazing
In 1953 publiceerden de Amerikaanse promovendus Stanley Miller en zijn begeleider Harold Urey de resultaten van een revolutionair experiment. Ze hadden een kolf gevuld met eenvoudige gassen en water om de situatie op de jonge aarde, nog voordat er leven was, na te bootsen. In de kolf zorgden twee elektroden voor een elektrische ontlading, een soort bliksemflits, die de energie moest leveren voor chemische reacties. Doel van het experiment was om te zien of onder deze omstandigheden leven kan ontstaan. Of, iets minder ambitieus, dat er moleculen worden gevormd die belangrijk zijn voor leven.
Het plan van Miller en Urey werd destijds met de nodige scepsis onthaald en de verbazing was dan ook groot toen na een week verschillende aminozuren opdoken in deze ‘oersoep’. Een mengsel van eenvoudige gassen, wat water en energie uit een bliksemflits bleken voldoende om de ‘bouwstenen van leven’ te kunnen vormen.
Al snel volgde er kritiek; er werd hardop getwijfeld of hun experiment die oersituatie wel goed nabootste. Tegelijkertijd staat wel vast dat het Miller-Urey-experiment de start betekende van een heel nieuwe kijk op experimenteel onderzoek naar het ontstaan van leven. “Natuurlijk is er veel discussie geweest over de wetenschappelijke waarde van hun resultaten, maar het is hoe dan ook een belangrijk historisch experiment”, vindt Bert Meijer, hoogleraar Organische Chemie aan de Technische Universiteit Eindhoven.
Filmpje over het afronden van het Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum
Prut en aanslag
Toen Meijer werd benaderd door Rob van Hattum van NEMO Science Museum om mee te werken aan een langdurige herhaling van het Miller-Urey-experiment vond hij dat een heel leuk idee, maar hij had zo z’n twijfels of het iets zou opleveren. “We moesten de omstandigheden van het originele experiment flink aanpassen. Bij een experiment in een museum vol kinderen staat de veiligheid natuurlijk voorop. Daarom moesten we werken bij veel lagere druk en een veel lagere temperatuur dan in de originele situatie. Ook de kracht van stroomstootjes moest flink omlaag.” Chemische reacties verlopen langzamer bij lagere temperatuur en druk, als ze al op gang komen.
In 2012 ging het experiment van start. Meijer: “Af en toe keek ik in die kolf en dan zag ik wat grijze prut en wat aanslag op de elektroden en dan kon ik me niet voorstellen dat hier iets interessants zou ontstaan.” In mei van dit jaar zat de looptijd erop. De opstelling werd afgebroken en de zorgvuldig afgesloten kolf met onbekende inhoud ging op transport naar Eindhoven. Daar stonden Marle Vleugels en Martin van Son, masterstudenten scheikunde, klaar om deze nieuwe oersoep te doorgronden.
Te klein
Waar begin je met zoeken in een mengsel waar van alles in kan zitten? “Onze opdracht was om specifiek naar aminozuren te zoeken”, vertelt Vleugels. Dat klinkt als een rechttoe-rechtaan klusje, maar dat bleek toch iets ingewikkelder, ondanks dat ze een hele batterij aan analytische technieken tot hun beschikking hadden. Als eerste stap wilden ze HPLC gebruiken, een techniek waarbij je een mengsel scheidt in de afzonderlijke componenten. “Maar aminozuren zijn te klein om direct te detecteren met HPLC”, legt Van Son uit.
Marle Vleugels en Martin van Son
Koppeling aan een groter molecuul, een derivaat, was noodzakelijk en dat bood meteen de mogelijkheid tot selectie. Van Son: “We kozen een derivaat dat alleen zou binden aan amines, dat zijn moleculen met daarin een NH2-groep, een stikstofatoom met daaraan twee waterstofatomen. Alle aminozuren bevatten zo’n groep, dus dan weet je dat alles wat niet bindt aan je derivaat in ieder geval geen aminozuur is.”
Niet-standaard aminozuur
Het had nog behoorlijk wat voeten in de aarde, maar uiteindelijk lukte het de twee studenten om de potentiële aminozuren uit het mengsel te halen. Met behulp van nog weer andere technieken konden ze vervolgens aantonen dat er drie verschillende aminozuren zijn gevormd: glycine, alanine en bèta-alanine. Deze laatste is een variant op alanine met de NH2-groep op een andere locatie in het molecuul. En er zijn heel sterke aanwijzingen dat er ook 4-aminobutaanzuur is gevormd; een aminozuur dat we niet tegenkomen als bouwsteen van eiwitten. “Het is wel heel leuk dat we ook een niet-standaard aminozuur hebben gevonden”, zegt Van Son.
“Ik ben echt verrast dat ook bij de bijzonder milde omstandigheden van dit experiment deze stoffen ontstaan”, aldus een enthousiaste Bert Meijer. “Dit had ik vooraf niet gedacht.” Vleugels en Van Son hebben alleen naar aminozuren gezocht, maar er is vast nog meer te vinden. Daar heeft Meijer wel ideeën over. “Natuurlijk moeten we een slag om de arm houden, maar als ik naar de resultaten van de massaspectrometrie-bepalingen kijk, dan lijkt het er sterk op dat er langere ketens in het mengsel zitten. We gaan nu eerst zorgvuldig bepalen wat er precies aanwezig is, maar ik durf wel te zeggen dat we hier wellicht heel interessante moleculen tegenkomen.”
Klei in de kolf
Met de analyse zijn ze in Eindhoven nog wel even zoet, maar ondertussen gaat er alweer een nieuwe versie van het Miller-Urey-experiment van start in NEMO. Nu in maar liefst drie kolven, vertelt Vleugels. “Eentje is een exacte herhaling van het vorige experiment, de tweede is gelijk aan nummer één maar dan met klei toegevoegd en de derde is gelijk aan nummer één, maar in plaats van elektrische ontladingen zorgt een uv-lampje voor de energie.” Waarom klei? “Veel wetenschappers denken dat anorganische stoffen zoals klei een rol hebben gespeeld bij het ontstaan van het eerste leven”, zegt Van Son. “Aan het oppervlak van dit soort vaste materialen kunnen zich allerlei belangrijke reacties hebben afgespeeld.”
De drie nieuwe versies van het Miller-Urey-experiment: rechts de kolf die een herhaling is van het vorige experiment, in het midden de kolf waar een uv-lampje voor de energie gaat zorgen (nog niet gemonteerd) en links de versie met klei toegevoegd.
Miller exp ingepakt okt2017
Het nieuwe Miller-Urey-experiment is zorgvuldig ingepakt en klaar voor transport van de TU Eindhoven naar NEMO Science Museum in Amsterdam waar het vijf jaar zal lopen onder toeziend oog van de bezoekers.
Bert Meijer hoopt dat de twee variaties op het originele experiment ook echt leiden tot de vorming van andere moleculen. En hij hoopt dat de replica van het origineel juist een herhaling van de resultaten laat zien. “Ik kan niet vaak genoeg benadrukken hoe belangrijk het is dat je resultaten kunt reproduceren. Eén experiment levert geen wetenschappelijk bewijs.”
Niet zo snel
Maar in hoeverre levert dit experiment eigenlijk wetenschappelijk relevante informatie? Leert dit ons iets over het ontstaan van leven? “Dit is in de eerste plaats een experiment voor in een museum, waarmee je kinderen kennis wilt laten maken met wetenschap en bezoekers wilt laten nadenken over het ontstaan van leven”, aldus Meijer. “Als het verrassende uitkomsten levert is dat een mooie bijvangst, maar het is niet het uitgangspunt.”
Meijer denkt echter wel dat chemici op een andere manier iets van dit experiment kunnen leren. “Dit experiment heeft vijf jaar geduurd en chemici werken nooit zo lang aan één experiment. Bij ons moeten reacties vooral zo snel mogelijk verlopen, maar dit laat zien dat snelheid misschien niet altijd de beste drijfveer is. Een langere looptijd en heel milde condities kunnen ook interessante resultaten opleveren.” Dus toch maar een hoekje reserveren in het lab om een experiment lekker lang te laten lopen. Wie weet wat je tegenkomt.
Nobelprijswinnaar Ben Feringa en supramoleculair-wetenschapper Bert Meijer bij de nieuwe opstelling van het Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum op 13 oktober 2017.
DigiDaan
(kennislink.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
26-10-2017
Algoritme geeft cellen nieuwe toekomst
Stop alle nu al beschikbare data over genetische expressie in één computeralgoritme, en je kunt elk type cel rechtstreeks omtoveren in elk ander celtype. Dat claimen Indika Rajapakse en collega’s van de universiteit van Michigan deze week in PNAS.
Je zou op die manier bijvoorbeeld de regeneratie van menselijke organen op gang kunnen brengen. Maar je zou ook kankercellen kunnen herprogrammeren tot weefsel dat zich normaal gedraagt.
Die herprogrammering is een kwestie van zogeheten transcriptiefactoren. Dat zijn eiwitten die selectief een aantal genen inschakelen die het nieuwe specialisme van de cel bepalen.
Tot nu toe was het vinden van die transcriptiefactoren een kwestie van stug uitproberen. Al in 1989 is het wijlen Harold Weintraub min of meer per ongeluk gelukt om bindweefselcellen (fibroblasten) te veranderen in spiercellen, mede omdat daar maar één zo’n factor voor nodig was. En in 2007 lukte het Shinya Yamanaka om fibroblasten met behulp van vier transcriptiefactoren te deprogrammeren tot ongespecialiseerde stamcellen waar je dan weer ándere transcriptiefactoren op kunt uitproberen; het leverde Yamanaka een Nobelprijs op en vormt nog altijd een hoeksteen van de regeneratieve geneeskunde.
Rajapakse stelt dat het simpeler kan. Hij ging uit van een pakket gegevens over de expressie van 22.083 genen in menselijke fibroblasten, op een aantal verschillende momenten binnen de ontwikkelingscyclus. En om die dataset een beetje handzamer te maken, vulde hij hem aan met zogeheten Hi-C gegevens over de manier waarop het DNA normaal gesproken ligt opgerold in de celkern. Daar kun je uit halen welke genen vlak naast elkaar liggen en dus grote kans maken elkaar rechtstreeks te beïnvloeden.
Met behulp van een dik pak bio-informatica is het inderdaad gelukt een algoritme te ontwikkelen dat op basis van deze datasets correct de werking voorspelt van de eerder door Yamanaka gevonden transcriptiefactoren, en van nog een paar andere die al eerder in de literatuur zijn beschreven.
Combinaties van transcriptiefactoren uitproberen die door het algoritme worden voorspeld maar niet eerder zijn getest, is de volgende stap. Volgens een persbericht zijn ze daar nu in Michigan mee bezig. In de tussentijd is alvast octrooi aangevraagd op het algoritme.
bron: University of Michigan
(c2w.nl)
Algoritme geeft cellen nieuwe toekomst
Stop alle nu al beschikbare data over genetische expressie in één computeralgoritme, en je kunt elk type cel rechtstreeks omtoveren in elk ander celtype. Dat claimen Indika Rajapakse en collega’s van de universiteit van Michigan deze week in PNAS.
Je zou op die manier bijvoorbeeld de regeneratie van menselijke organen op gang kunnen brengen. Maar je zou ook kankercellen kunnen herprogrammeren tot weefsel dat zich normaal gedraagt.
Die herprogrammering is een kwestie van zogeheten transcriptiefactoren. Dat zijn eiwitten die selectief een aantal genen inschakelen die het nieuwe specialisme van de cel bepalen.
Tot nu toe was het vinden van die transcriptiefactoren een kwestie van stug uitproberen. Al in 1989 is het wijlen Harold Weintraub min of meer per ongeluk gelukt om bindweefselcellen (fibroblasten) te veranderen in spiercellen, mede omdat daar maar één zo’n factor voor nodig was. En in 2007 lukte het Shinya Yamanaka om fibroblasten met behulp van vier transcriptiefactoren te deprogrammeren tot ongespecialiseerde stamcellen waar je dan weer ándere transcriptiefactoren op kunt uitproberen; het leverde Yamanaka een Nobelprijs op en vormt nog altijd een hoeksteen van de regeneratieve geneeskunde.
Rajapakse stelt dat het simpeler kan. Hij ging uit van een pakket gegevens over de expressie van 22.083 genen in menselijke fibroblasten, op een aantal verschillende momenten binnen de ontwikkelingscyclus. En om die dataset een beetje handzamer te maken, vulde hij hem aan met zogeheten Hi-C gegevens over de manier waarop het DNA normaal gesproken ligt opgerold in de celkern. Daar kun je uit halen welke genen vlak naast elkaar liggen en dus grote kans maken elkaar rechtstreeks te beïnvloeden.
Met behulp van een dik pak bio-informatica is het inderdaad gelukt een algoritme te ontwikkelen dat op basis van deze datasets correct de werking voorspelt van de eerder door Yamanaka gevonden transcriptiefactoren, en van nog een paar andere die al eerder in de literatuur zijn beschreven.
Combinaties van transcriptiefactoren uitproberen die door het algoritme worden voorspeld maar niet eerder zijn getest, is de volgende stap. Volgens een persbericht zijn ze daar nu in Michigan mee bezig. In de tussentijd is alvast octrooi aangevraagd op het algoritme.
bron: University of Michigan
(c2w.nl)
Death Makes Angels of us all
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
And gives us wings where we had shoulders
Smooth as raven' s claws...
|
|
