Memakai Cahaya, Para Peneliti Mengubah Pola 2-D menjadi Objek 3-D

Para peneliti dari North Carolina State University telah mengembangkan cara sederhana mengubah pola dua dimensi menjadi objek tiga dimensi (3-D) hanya dengan memakai cahaya.

---

“Ini adalah penerapan baru dari bahan yang telah ada, dan berpotensi bagi pengolahan fabrikasi atau pengepakan volume tinggi cepat” kata Dr. Michael Dickey, asisten profesor kimia dan teknik biomolekul di NC State dan pengarang bersama makalah penelitian.

Prosesnya sangat sederhana. Para peneliti mengambil lembaran plastik pra-tekan dan menjalankannya melalui printer inkjet konvensional untuk mencetak garis hitam tebal pada bahan. Bahan kemudian dipotong menjadi pola yang diinginkan dan diletakkan di bawah cahaya inframerah, seperti misalnya lampu panas.

Garis hitam tebal menyerap lebih banyak energi daripada bagian lain dari bahan tersebut, menyebabkan plastik ini berkontraksi – menciptakan kerangka yang melipat lembaran menjadi bentuk 3-D. Teknik ini dapat digunakan untuk berbagai jenis benda, seperti kubus atau piramida, tanpa harus secara fisik menyentuh bahan tersebut. Teknik ini sesuai dengan teknik percetakan komersial, seperti percetakan layar, percetakan roll-to-roll, dan percetakan inkjet, yang murah dan tinggi kinerjanya namun masih 2-D.

 Dengan meragamkan lebar garis hitam atau sendi, para peneliti mampu mengubah seberapa jauh tiap sendi melipat. Sebagai contoh, mereka dapat menciptakan sendi yang melipat 90 derajat untuk sebuah kubus, atau sebuah sendi yang dapat melipat 120 derajat untuk piramida. Semakin lebar sendi, semakin besar ia melipat. Sendi yang lebih besar juga melipat lebih cepat, karena lebih banyak luas permukaan untuk menyerap energi.

 “Anda juga dapat memolakan garis di kedua sisi bahan,” kata Dickey, “yang menyebabkan sendi melipat ke arah berbeda. Ini memungkinkan anda menciptakan struktur yang lebih kompleks.”

Para peneliti mengembangkan sebuah model berbasis komputer untuk menjelaskan bagaimana proses ini terjadi. Ada dua penemuan kunci. Pertama, suhu permukaan sendi harus melebihi suhu transisi kaca bahan, yang merupakan titik dimana bahan mulai melembut. Kedua, suhu harus dilokalisasi di sendi untuk memperoleh pelipatan cepat dan efektif. Bila semua bahan dipanaskan pada suhu transisi kaca, tidak ada pelipatan yang terjadi.

 “Temuan ini bertopang dari penelitian yang kami lakukan pada ingatan bentuk polimer, sebagai bagian untuk memenuhi keheranan kami. Seperti ditunjukkan, ia bekerja sangat baik,” kata Dickey.

 Makalahnya,  “Self-folding of polymer sheets using local light absorption,” diterbitkan tanggal 10 November 2011 dalam jurnal Soft Matter, dan dikarang bersama oleh Dickey; profesor kimia dan teknik biomolekuler NC State Jan Genzer; mahasiswa doktoral NC State Ying Liu, dan mahasiswa S1 NC State Julie Boyles. Karya ini didukung sebagian oleh Kementrian Energi AS.

 Jurusan Kimia dan Teknik Biomolekuler NC State adalah bagian dari Fakultas Teknik Universitas tersebut.

Sumber berita:

North Carolina State University.

Referensi jurnal:

Ying Liu, Julie K. Boyles, Jan Genzer, Michael D. Dickey. Self-folding of polymer sheets using local light absorption. Soft Matter, 2012; DOI: 10.1039/c1sm06564e

Membaca Pikiran dari Rekaman Otak? Ilmuan Memecahkan Kode Sidik Jari Neural Asosiasi Ingatan Manusia

Para peneliti telah lama tertarik dengan menemukan cara yang digunakan pikiran otak manusia melalui sinyal listrik yang kompleks.

---

Sebuah studi Universitas Pennsylvania dan Universitas Thomas Jefferson melangkah lebih maju menuju pembacaan pikiran aktual memakai rekaman otak untuk memperoleh cara orang mengatur asosiasi antara kata dalam ingatanmereka.

 Penelitian dilakukan oleh professor Michael J. Kahana dari jurusan psikologi di Sekolah seni dan Sains Penn dan mahasiswa pasca sarjana Jeremy R Manning, anggota dari Kelompok pasca sarjana neurosains di sekolah medis Perelman Penn. Mereka bekerjasama dengan anggota lain lab Kahana, serta fakultas penelitian di Rumah Sakit Universitas Thomas Jefferson.

 Studi mereka akan diterbitkan dalam  The Journal of Neuroscience.

Rekaman otak yang penting bagi studi ini dimungkinkan oleh fakta kalau partisipannya adalah pasien epilepsy yang sukarela berpartisipasi dalam studi ini sambil menunggu bedah otak. Para partisipan diberi elektroda kecil yang ditanam di otak mereka, yang memungkinkan para peneliti mengamati dengan tepat sinyal listrik yang tidak mungkin diukur di luar tengkorak. Sementara merekam sinyal listrik, para peneliti meminta partisipan mendaftarkan 15 kata yang dipilih acak dan, satu menit kemudian, mengulang kata tersebut kembali dalam urutan apapun yang muncul dalam pikiran mereka.

 Para peneliti memeriksa rekaman otak saat para partisipan mempelajari tiap kata untuk mendapatkan sinyal di otak partisipan yang mencerminkan makna kata. Sekitar satu detik sebelum partisipan mengingat tiap kata, sinyal makna yang sama ini ditemukan saat fase studi dimana ia diaktivasi kembali secara spontan dalam otak partisipan.

 Karena partisipan tidak melihat, mendengar, atau membicarakan kata apapun saat pola di aktivasi ulang, para peneliti yakin kalau mereka mengamati signatur neural dari pikiran internal yang dibuat sendiri oleh partisipan.

 Secara kritis, perbedaan antara partisipan dalam cara sinyal makna ini direaktivasi meramalkan urutan dimana partisipan mengingat kata-kata. Secara khusus, derajat dimana sinyal makna direaktivasi sebelum meningat tiap kata mencerminkan kecenderungan tiap partisipan untuk mengelompokkan kata yang sama (seperti bebek dan angsa) dalam urutan mengingat mereka. Karena partisipan diminta mengatakan kata-kata dalam urutan yang muncul dalam pikiran mereka, urutan khusus mengingat yang dibuat partisipan memberi gambaran bagaimana kata-kata ini diorganisasi dalam ingatan partisipan tersebut.

Dalam studi sebelumnya, Manning dan Kahana memakai teknik yang sama untuk meramalkan kecenderungan partisipan untuk mengorganisasi informasi yang dipelajari menurut waktu ia dipelajari. Studi baru ini menambahkan pada penelitian ini dengan memberi singnatur neural informasi yang dipelajari secara terorganisir berdasarkan makna.

“Pola otak setiap orang membentuk semacam “sidik jari neural” yang dapat digunakan untuk membaca cara mereka mengorganisir ingattan mereka lewat asosiasi kata,” kata Manning.

 Teknik yang dikembangkan para peneliti dalam studi ini juga diadaptasi untuk menganalisis banyak cara informasi yang dipelajari secara organisasi mental.

 “Selain melihat pada ingatan yang diatur berdasarkan waktu, seperti dalam studi kami sebelumnya, atau dengan makna, seperti dalam studi kami sekarang, kita dapat memakai teknik ini untuk menemukan signatur neural dari bagaimana manusia mengatur informasi yang dipelajari menurut penampakan, ukuran, tekstur, suara, rasa, lokasi, atau apapun sifat yang dapat diukur,” kata Manning.

 Studi demikian akan memberikan gambaran yang lebih lengkap mengenai aspek dasar perilaku manusia.

 “Mengingat verbal spontan adalah bentuk ingatan yang banyak dalam hidup kita dan unik bagi spesies manusia,” kata Kahana. “Namun aspek ingatan manusia ini yang paling sedikit dipahami mekanisme otaknya. Data kami menunjukkan korespondensi langsung antara pola aktivitas otak dan makna kata individual dan menunjukkan bagaimana representasi neural makna ini meramalkan cara dimana satu item memberi petunjuk pada yang lainnya saat mengingat spontan.

 “Dengan peran kritis bahasa dalam pikiran dan komunikasi manusia, menemukan representasi neural yang mencerminkan makna kata saat ia diingat secara spontan memberi kita satu langkah maju pada tujuan memetakan pikiran dalam otak manusia.”

Sumber berita:

University of Pennsylvania

Referensi jurnal:

Alec Solway, B B Murdock, M J Kahana (2012) Positional and temporal clustering in serial order memory, 177-190. In Memory & Cognition 40 (2).

“Spontaneously reactivated patterns in frontal and temporal lobe predict semantic clustering during memory search” by Manning, J. R., Sperling, M. R., Sharan, A., Rosenberg, E. A., and Kahana, M. J. in press to be published in Journal of Neuroscience 2012

Cara Baru Meningkatkan Potensi Kimiawi Seperti-Ganja dalam Tubuh

Dengan memblokir aktivitas FAAH dapat meningkatkan beberapa efek anandamide tanpa menghasilkan "mabuk" seperti ganja.

---

Para peneliti dari University of California Irvine dan Italia telah menemukan cara baru untuk meningkatkan efek anandamide – suatu kimia alami seperti-ganja dalam tubuh yang dapat memulihkan rasa sakit.

Dipimpin oleh Daniele Piomelli, tim riset ini mengidentifikasi protein “pendamping” dalam sel-sel otak yang mengangkut anandamide ke situs dalam sel di mana enzim memecahnya. Mereka menemukan bahwa dengan memblokir protein ini – yang disebut FLAT – dapat meningkatkan potensi anandamide.

Penelitian sebelumnya oleh para peneliti menunjukkan bahwa senyawa-senyawa yang meningkatkan kemampuan alami anandamide itu bisa membentuk dasar dari obat rasa sakit yang tidak menghasilkan sedasi, kecanduan atau efek samping pusat sistem saraf lainnya, seperti yang ada pada obat penghilang rasa sakit yang ada, seperti opiat.

“Temuan ini meningkatkan harapan bahwa sifat analgesik dari ganja dapat dimanfaatkan untuk obat baru yang aman,” kata Piomelli, seorang profesor farmakologi. “Senyawa obat khusus yang kami ciptakan ini, yang memperkuat tindakan alami bahan kimia seperti-ganja, menunjukkan prospek yang besar.”

Untuk penelitian ini, yang muncul dalam Nature Neuroscience, ia bersama rekan-rekannya menggunakan metode komputasi untuk memahami bagaimana FLAT berikatan dengan anandamide dan mengawalnya ke situs sel yang akan terdegradasi oleh enzim hidrolase amida asam lemak (FAAH).

Anandamide dijuluki sebagai “molekul kebahagiaan” karena kemiripannya dengan bahan aktif dalam ganja. Dalam studi Piomelli ini, sebuah neurotransmitter yang merupakan bagian dari sistemendocannabinoid tubuh bisa berperan sebagai analgesik, anti ansietas dan antidepresan. Ini juga penting dalam mengatur konsumsi makanan. Dengan memblokir aktivitas FAAH dapat meningkatkan beberapa efek anandamide tanpa menghasilkan “mabuk” seperti ganja.

Piomelli dan rekan-rekannya berspekulasi bahwa dengan menghambat FLAT (penghantar anandamideseperti-FAAH) mungkin akan sangat berguna dalam mengendalikan bentuk-bentuk rasa sakit tertentu - yang disebabkan oleh kerusakan sistem saraf pusat, misalnya – dan mengendalikan kecanduan obat-obatan seperti nikotin dan kokain.

Para peneliti dari UCI, Universitas Parma dan Universitas Bologna Italia, serta Institut Teknologi Italia berpartisipasi dalam penelitian ini, didukung pendanaan dari US National Institute on Drug Abuse, U.S. National Institute on Alcohol Abuse & Alcoholism & Alkoholisme, dan U.S. National Institute of General Medical Sciences.

Kredit: University of California – Irvine
Jurnal: Jin Fu, Giovanni Bottegoni, Oscar Sasso, Rosalia Bertorelli, Walter Rocchia, Matteo Masetti, Ana Guijarro, Alessio Lodola, Andrea Armirotti, Gianpiero Garau, Tiziano Bandiera, Angelo Reggiani, Marco Mor, Andrea Cavalli, Daniele Piomelli. A catalytically silent FAAH-1 variant drives anandamide transport in neurons. Nature Neuroscience, 2011; DOI: 10.1038/nn.2986

'Hormon Cinta’: Membantu Mengarahkan Perkembangan Satu Area Penting di Otak

Studi ini mengungkapkan fungsi baru yang mengejutkan pada hormon oksitosin.

---

Begitu banyak kimia tubuh yang dikendalikan oleh otak – dari tekanan darah, nafsu makan hingga metabolisme makanan. Dalam penelitian yang dipublikasikan baru-baru ini dalam Developmental Cell, sebuah tim ilmuwan yang dipimpin Dr. Gil Levkowitz dari Institut Weizmann, telah mengungkapkan struktur yang tepat pada satu area otak yang penting, di mana perintah-perintah biokimia dihantarkan dari sel-sel otak ke aliran darah, lalu dari situ ke tubuh. Dalam prosesnya, mereka menemukan peran baru yang mengejutkan pada “hormon cinta”, menunjukkan bahwa hormon ini membantu mengarahkan perkembangan struktur otak tersebut.

Area yang bersangkutan, yaitu neurohypophysis, merupakan sebuah antarmuka antara serat saraf dan pembuluh darah yang terletak di dasar otak. Berikut ini, beberapa interaksi tubuh-otak besar yang terjadi: Hormon yang dilepaskan dari saraf ke dalam pembuluh darah mengatur serangkaian proses tubuh yang vital, termasuk keseimbangan cairan dan kontraksi uterus saat melahirkan.

Meskipun neurohypophysis telah dipelajari selama lebih dari satu abad, para ilmuwan dalam penelitian ini mengembangkan alat genetik baru yang memungkinkan mereka dapat memeriksa susunan tiga-dimensi struktur otak yang tepat dan memperjelas proses seluler dan molekuler yang mengarah pada pembentukannya.

Karena neurohypophysis manusia begitu kompleks, para ilmuwan melakukan penelitian pada embrio ikan zebra yang hidup. Embrio ini sepenuhnya transparan, menawarkan model yang unik untuk mempelajari otak vertebrata, memanfaatkan ikan ini untuk memanipulasi genetik dengan relatif mudah dan memungkinkan para peneliti mengamati pembentukan neurohypophysis yang sebenarnya di bawah mikroskop.

Studi ini mengungkapkan fungsi baru yang mengejutkan pada hormon oksitosin. Hormon “pembawa pesan” ini dijuluki “hormon cinta” karena, di samping mengontrol nafsu makan dan perilaku reproduksi wanita seperti pemberian ASI, hormon ini juga terlibat dalam ikatan ibu-anak dan pasangan. Para ilmuwan menunjukkan bahwa oksitosin, salah satu dari dua hormon utama yang disekresi dalam neurohypophysisdewasa, terlibat dalam pengembangan area otak ini pada embrio. Pada tahap ini, oksitosin mengatur pembentukan pembuluh darah baru.

“Hormon pembawa pesan itu membantu membangun jalan bagi transmisi pesannya sendiri di masa depan,” kata Levkowitz. Developmental Cell menyoroti temuan penelitian ini dalam preview berjudul, “The Hormone of Love Attracts a Partner for Life.”

Temuan ini merupakan kemajuan penting dalam penelitian dasar karena memberi titik terang tentang proses otak yang mendasar, tapi di masa depan mungkin juga relevan untuk pengobatan penyakit. Karena neurohypophysis merupakan salah satu dari beberapa bagian otak yang mampu beregenerasi setelah cedera, pemahaman tentang bagaimana area ini terbentuk mungkin suatu saat membantu mencapai regenerasi di bagian-bagian sistem saraf pusat lainnya.

Kredit: Weizmann Institute of Science
Jurnal: Amos Gutnick, Janna Blechman, Jan Kaslin, Lukas Herwig, Heinz-Georg Belting, Markus Affolter, Joshua L. Bonkowsky, Gil Levkowitz. The Hypothalamic Neuropeptide Oxytocin Is Required for Formation of the Neurovascular Interface of the Pituitary. Developmental Cell, 2011; 21 (4): 642 DOI: 10.1016/j.devcel.2011.09.004

Gel Konduktor Listrik dengan Kinerja Tak Terduga berhasil Disintesis

Para peneliti Stanford telah menciptakan gel konduktor listrik yang cepat dan mudah dibuat, dapat dipolakan ke permukaan dengan sebuah printer inkjet dan menunjukkan kinerja listrik tak terduga.

---

Bahan ini, diciptakan oleh asisten profesor teknik kimia Stanford Zhenan Bao, asisten profesor ilmu dan teknik bahan Yi Cui, dan anggota lab mereka, adalah sejenis hidrogel konduktor – sebuah jelly yang terasa dan berperilaku seperti jaringan biologis, namun menghantarkan listrik seperti logam atau semikonduktor.

Kombinasi sifat ini memberikan janji besar bagi sensor biologi dan alat penyimpan energi masa depan, namun sulit dibuat hingga saat ini.

 Penelitian ini hadir di jurnal   Proceedings of the National Academy of Sciences.

Mencetak Jell-O

Bao dan Cui membuat gel ini dengan mengikat rantai panjang senyawa organik anilin bersama dengan asam fitik, yang ditemukan secara alami dalam jaringan tanaman. Asam ini mampu menangkap enam rantai polimer sekaligus, membuat jaringan saling silang yang luas.

“Sudah ada polimer konduktor yang tersedia secara komersil,” kata Bao, “namun semuanya berbentuk film seragam tanpa struktur nano.”

Sementara itu, saling silang gel ini membuat struktur kompleks mirip spons. Hidrogel ditandai dengan pori-pori kecil yang sangat banyak yang memperluas permukaan gel, meningkatkan jumlah muatan yang dapat ia simpan, kemampuannya mengindera zat kimia, dan mempercepat respon listriknya.

Walaupun begitu, gel ini dapat dimanipulasi dengan mudah. Karena bahan ini tidak mengeras hingga langkah terakhir sintesisnya, ia dapat dicetak atau disimbur sebagai cairan dan diubah menjadi gel setelah ia menempel – artinya pabrik dapat membuat elektroda berpola menarik dengan harga murah.

 “Anda tidak dapat mencetak Jell-O,” kata Cui. “Namun dengan teknik ini, kami dapat mencetaknya dan membuatnya menjadi Jell-O nanti.”

Elektroda lembut

Struktur tidak biasa dari bahan ini juga memberikan gel yang disebut Cui sebagai “sifat elektronika luar biasa.”

Sebagian besar hidrogel terikat oleh sejumlah besar molekul pengisolasi, mengurangi kemampuan keseluruhan bahan untuk melewatkan arus listrik. Namun asam fitik adalah “dopan molekul-kecil” – berarti kalau ketika ia berikatan dengan rantai polimer, ia juga memberikan muatan pada mereka. Efek ini membuat hidrogel ini sangat konduktif.

Konduktansi gel ini adalah “diantara yang terbaik yang bisa anda dapatkan lewat proses semacam ini,” kata Cui. Kapasitasnya untuk menyimpan muatan sangat tinggi, dan responnya pada muatan yang diberikan luar biasa cepat.

Kesamaan zat ini pada jaringan biologis, luas permukaannya yang besar dan kemampuan listriknya membuatnya sesuai untuk memungkinkan sistem biologi berkomunikasi dengan perangkat keras teknologi.

Para peneliti membayangkan ia digunakan dalam segalanya dari pelacak medis dan sensor biologis di lab hingga sel bahan bakar dan kapasitor kepadatan energi tinggi.

“Dan semua yang ia buat adalah bahan-bahan yang tersedia secara komersil yang dilemparkan dalam sebuah larutan air,” kata Bao.

Pengarang perdana makalah ini adalah Guihua Yu, pasca doktoral dalam teknik kimia di Stanford, dan Lijia Pan, sarjana tamu teknik kimia dari Universitas Nanjing, China.

Institut Energi Precourt Stanford mendanai penelitian ini.

Sumber berita:

 Stanford University.

Referensi jurnal:

L. Pan, G. Yu, D. Zhai, H. R. Lee, W. Zhao, N. Liu, H. Wang, B. C.- K. Tee, Y. Shi, Y. Cui, Z. Bao.Hierarchical nanostructured conducting polymer hydrogel with high electrochemical activity.Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012; 109 (24): 9287 DOI: 10.1073/pnas.1202636109