Нанотехнологии древности: римский кубок Ликурга

Этот удивительный артефакт доказывает то, что наши предки опередили своё время. Техника изготовления кубка является настолько совершенной, что его мастера уже в то время были знакомы с тем, что мы сегодня называем нанотехнологиями. Древне-Римский Кубок Ликурга несёт в себе тайну далёкого для нас времени, силу мысли и фантазию древних учёных. Предположительно изготовлен он был в 4 н.э.

Это необычная и уникальная чаша, изготовленная из дихроичного стекла, способна менять свой цвет в зависимости от освещения – например, с зелëного на ярко-красный. Такой необычный эффект возникает из-за того, что дихроичное стекло содержит в себе небольшое количество коллоидного золота и серебра.

Высота этого сосуда составляет 165 мм, а диаметр – 132 мм. Кубок подходит под категорию сосудов, которые называются диатреты, это такие изделия из стекла выполненные обычно в форме колокола и состоящие из двух стеклянных стенок. Внутренняя часть сосуда – тулово,

украшено сверху резной узорной «сеткой», также изготовленной из стекла.

Стекло при изготовлении кубка древние римляне использовали необычное – дихроичное, имеющее свойство изменять свой цвет. При обычном комнатном освещении такое стекло отдаёт красным цветом, но при изменении внешнего освещения оно меняет цвет на зелёный. Необычный сосуд и его таинственные свойства всегда привлекали внимание учёных из разных стран. Многие из них выносили свои гипотезы, доводы их были научно не обоснованы и все попытки разгадать секрет таинственного изменения цвета стекла оказывались тщетными. Лишь в 1990 году учёные выяснили, что такой необычный эффект создается потому что, дихроичное стекло в очень малом количестве содержит в себе серебро и коллоидное золото. Исследовавший чашу археолог из Лондона по имени Йен Фристоун считает, что создание этого кубка это «удивительный подвиг». При обзоре кубка с разных сторон, находящегося при этом в статичном положении, меняется его цвет.

Изучив осколки стекла при помощи микроскопа, стало понятно, что римляне в те времена смогли пропитать его крошечными частицами серебра и золота, измельчёнными до размера в 50 нанометров в диаметре. Для сравнения можно отметить, что кристаллик соли больше чем эти частицы примерно в тысячу раз. Таким образом, они пришли к мнению, что кубок был создан по технологии, которая в настоящее время широко известна во всём мире под названием «нано технология». Само понятие трактуется как контроль над манипуляцией материалов на атомном и

молекулярном уровне. Выводы экспертов, основанные на фактах, подтвердили версию о том, что римляне были самыми первыми людьми на земле, применившими нано технологии на деле. Эксперт в области нано технологий инженер Лю Ган Логан утверждает, что римляне использовали наночастицы при изготовлении подобных произведений искусства вполне осмысленно.Естественно, учёные не могли подвергнуть тщательному изучению оригинальный Кубок Ликурга, хранящийся в Британском музее, история которого насчитывает около 1600 лет. Для этих целей они воссоздали его точную копию и проверили на ней версию изменения цвета стекла при заполнении сосуда различными жидкостями.

«Это удивительно развитая технология для того времени», – комментирует открытие археолог Университетского колледжа Лондона Ян Фристоун. Настолько тонкая работа позволяет утверждать, что древние римляне очень хорошо ее освоили.

Принцип действия технологии следующий: на свету электроны драгоценных металлов начинают вибрировать, меняя цвет кубка в зависимости от расположения источника освещения. Инженер, специалист в области нанотехнологий Университета штата Иллинойс Лю Ган Логан и его команда исследователей обратили внимание на огромный потенциал этого метода в сфере медицины – для диагностики заболеваний человека.

Руководитель группы отмечает: «Древние римляне знали, как использовать наночастицы в произведениях искусства. Мы хотим найти этой технологии практическое применение».

Исследователи предположили, что при наполнении кубка жидкостями его цвет, благодаря различной вибрации электронов, будет меняться (в современных домашних тестах на беременность также используются отдельные наночастицы, которые меняют цвет контрольной полоски).

Естественно, ученые не могли экспериментировать с ценным артефактом, поэтому они использовали пластиковую пластину размером примерно с почтовую марку, на которую через миллиарды крошечных пор нанесли наночастицы золота и серебра. Таким образом, у них получилась миниатюрная копия Кубка Ликурга. Исследователи наносили на пластину различные вещества: воду, нефть, растворы сахара и соли. Как выяснилось, при попадании данных веществ в поры пластины ее цвет менялся. Например, светло-зеленый цвет получался при попадании в ее поры воды, красный – при попадании нефти.
 

Прототип оказался в 100 раз более чувствительным к изменению уровня соли в растворе, чем распространенный сегодня коммерческий датчик, созданный для аналогичных тестов. Хочется верить, что в скором времени ученые создадут на базе заново открытых технологий портативные устройства, способные обнаружить патогены в образцах слюны или мочи человека, а также предотвратить возможную перевозку террористами опасных жидкостей на самолетах.

Артефакт IV века нашей эры Кубок Ликурга использовался, скорее всего, только в особых случаях. На его стенках изображен сам Ликург, попавший в ловушку из виноградных лоз. Согласно легенде, виноградные лозы удушили правителя Фракии за злодеяния против греческого бога вина Диониса. Если ученые сумеют создать на базе древней технологии современные тестирующие приборы, то можно будет сказать, что настала очередь Ликурга расставлять ловушки.

Как сообщают учёные, эти изучения могут послужить во благо всему человечеству. Знания, полученные в этих исследованиях, помогут развить медицину в сфере диагностики различных заболеваний и даже в какой-то мере предотвратить акты терроризма. Эксперименты, проведённые учёными, могут внести свой вклад в разработку устройств по обнаружению патогенных микроорганизмов в слюне или моче.

Американские физики предложили использовать технологии изготовления цветного стекла, которые применяли римляне в начале IV века нашей эры, для создания химических сенсоров и диагностики заболеваний. Исследование технологии опубликовано в журнале Advanced Optical Materials, кратко о ней пишут Smithsonian и Forbes.

Созданный авторами химический сенсор представляет собой пластиковую пластинку, в которой проделано около миллиарда наноразмерных отверстий. Стенки каждого отверстия несут наночастицы золота и серебра, поверхностные электроны которых играют центральную роль в процессе детекции.

При связывании того или иного вещества внутри отверстий, резонансная частота плазмонов (квазичастица, отражающая колебания свободных электронов в металле) на поверхности

наночастиц изменяется, что приводит к изменению длины волны проходящего через пластинку света. Метод напоминает поверхностный плазмонный резонанс (SPR), но, в отличие от него, приводит к гораздо более значительному сдвигу длины волны света — около 200 нанометров. Обработка такого сигнала не требует сложного оборудования, поэтому связывание вещества можно детектировать даже невооруженным глазом.

Чувствительность сенсора к разным типам веществ (в том числе и тем, наличие которых имеет диагностическое значение в медицине) обеспечивается иммобилизацией на поверхности отверстий специфических антител.

Устройство химического детектора было, по словам ученых, подсказано им необычными свойствами хранящегося в Британском музее римского Кубка Ликурга. Сделанный из стекла с добавлением порошка наноразмерных частиц золота и серебра, кубок выглядит зеленым в отраженном свете и красным — в проходящем. Это объясняется тем, что наночастицы металла изменяют длину волны света в зависимости от угла его падения. Исходя из этого, авторы решили назвать устройство «матрицей наноразмерных ликурговых чаш» (nanoscale Lycurgus cup arrays — nanoLCA).