Fysiikan ja kemian Nobel-palkinnot 2014

Eilen julkistettiin fysiikan Nobel, tänään oli vuorossa kemianpalkinto: arvostetut palkinnot annettiin Led-valolle ja fluoresenssimikroskopialle. Fysiikan Nobel-palkinto meni kolmelle japanilaiselle, Isamu Akasakille, Hiroshi Amanolle ja Shuji Nakamuralle. Virallisen tiedotteen mukaan palkinto myönnettiin "tehokkaiden sinisten ledien keksimisestä, mikä on tehnyt mahdolliseksi kirkkaat ja energiaa säästävät valkoisen valon lähteet". Kemian palkinto puolestaan meni kahdelle amerikkalaiselle, Eric Betzigille ja William Moernerille, sekä saksalaiselle Stefan Hellille. Palkinto myönnettiin "huipputarkan fluoresenssimikroskopian kehittämisestä". Japanilaistutkijoiden keksintö on käytännössä tuttu meille kaikille. Ledejä käytetään nykyisin niin kotien ja julkisten tilojen valaisimissa, mainostauluissa, taskulampuissa kuin erilaisissa merkkivaloissakin. Akasaki, Amano ja Nakamura kehittivät sinisen ledin 1990-luvun alussa. Punaisia ja vihreitä ledejä oli ollut olemassa jo vuosikymmeniä, mutta vasta sinisen ledin kehittäminen teki mahdolliseksi energiatehokkaan teknologian soveltamisen valaistukseen. Kolmella erivärisellä ledillä saadaan nimittäin aikaan valkoista valoa. Led-valaisimien teho on suuri ja virrankulutus pieni. Tekniikka kehittyy kaiken aikaa, mutta jo nyt tehokkaimmat led-lamput vastaavat wattia kohti antavalta valoteholtaan 16 tavallista hehkulamppua ja lähes 70 loisteputkea. Keksintö on merkittävä myös ympäristön ja luonnonvarojen kannalta. Noin neljännes maailman sähkönkulutuksesta menee valaistukseen, joten led-lamppujen energiansäästö on merkittävä tekijä. Myös niiden valmistus säästää raaka-aineita. Siinä missä tavallinen hehkulamppu kestää noin tuhat tuntia ja loisteputki noin 10 000 tuntia, ledien kesto on parhaimmillaan jopa 100 000 tuntia. Vähäinen tehontarve mahdollistaa lisäksi valaistuksen kehittämisen seuduilla, joilla ei ole kunnollista tai lainkaan sähköverkkoa: led-lamppuihin voi tuottaa tarvittavan määrän sähköä yksinkertaisilla aurinkopaneeleilla.
Kemian Nobel-palkinnon saanut tutkimus liittyy sekin valoon. Optisen mikroskoopin erotuskyvylle asettaa rajoituksen valon aallonpituus: sillä on mahdoton erottaa rakenteita, joiden koko on alle puolet käytetyn valon aallonpituudesta. Eric Betzig, William Moerner ja Stefan Hell ratkaisivat ongelman tahoillaan kahdella eri tavalla. Hell kehitti vuonna 2000 STED-mikroskopian (Stimulated Emission Depletion). Siinä käytetään kahta lasersädettä, joista toinen saa ensin fluoresoivat molekyylit hohtamaan, ja toinen kumoaa niiden lähettämän säteilyn lukuunottamatta nanometriluokassa olevista rakenteista tulevaa valoa. Betzigin ja Moernerin toisistaan riippumattomasti kehittämässä menetelmässä yksittäisiä fluoresoivia molekyylejä "sytytetään" ja "sammutetaan" vuoron perään, jolloin yhdistämällä niistä otetut kuvat saadaan aikaan huipputarkka näkymä tarkasteltavaan kohteeseen. Tällaisen nanoskopian avulla pystytään tarkastelemaan esimerkiksi solujen toimintaa molekyylitasolla. Yhtenä sovelluksena on seurata Parkinsonin, Alzheimerin ja Huntingtonin tauteihin liittyvää proteiinien kertymistä hermosoluihin. Lisätietoa Nobelin tämänvuotisista fysiikanpalkinnoista löytyy täältä ja kemianpalkinnoista täältä.

Tiedetuubi käynnillä Shuji Nakamuran laboratoriossa:


Juttuja samasta aiheesta

Joidenkin vanhimpien juttujen tekstin näyttämisessä on ongelma. Pyrimme saamaan jutut pikaisesti taas normaaleiksi! Pahoittelut!