100 великих изобретений
Шрифт:
Запись на ленту происходила так же, как и на проволоку. Из всего сказанного видно, что важнейшими элементами магнитофона являлись записывающий и воспроизводящий электромагниты, которые называют магнитными головками. Обе головки представляли собой магнитные сердечники, охваченные катушками. В сердечнике имелся зазор, заполненный фольгой из специальной бронзы. Ток, проходивший через обмотку записывающей головки, образовывал магнитное поле, которое проходило по магнитному сердечнику и выходило из его рабочего зазора в окружающее пространство. Когда это поле было постоянно, оно равномерно намагничивало всю проходящую через него ленту. Когда же через обмотку головки проходил электрический ток, возникавший вследствие звукового воздействия на микрофон, магнитное поле в зазоре головке изменялось в зависимости от силы тока микрофона, то есть в соответствии с силой звуковых колебаний. Лента приобретала при этом различную намагниченность и превращалась в фонограмму. Различные ее участки оказывались различно намагниченными, как по силе, так и по направлению. Магнитные силовые линии этих отдельных участков, замыкаясь в пространстве, образовывали внешнее магнитное поле. При воспроизведении магнитной фонограммы лента с той же скоростью, что и при записи, двигалась мимо воспроизводящей головки и возбуждала в ее обмотках электрический ток, который изменялся в соответствии с силой магнитного поля ленты. Затем ток, возникший в обмотке и усиленный, поступал к динамику.
Для многократного использования одной и той же ленты имелась головка стирания, питаемая от специального лампового генератора токами высокой частоты. Ток, создаваемый этим генератором, пропускался через обмотки стирающей головки. Пока лента проходила через поле, создаваемое этой головкой, она многократно перемагничивалась и в результате покидала ее в размагниченном состоянии. После стирания магнитная лента попадала в поле записывающей головки. Здесь каждый элемент ленты подвергался двойному воздействию магнитного поля, которое образовывалось, с одной стороны, током записывающего сигнала, а с другой — током дополнительного смещения, поступающим в записывающую головку из высокочастотного генератора. Это дополнительное питание током высокой частоты получило название подмагничивания. Оно необходимо для борьбы с искажениями, которые оказывали на чувствительную магнитную ленту различные части магнитофона — прежде всего лампы и трансформаторы. Во время работы вокруг них создавалось достаточно сильное магнитное поле, которое также намагничивало ленту. Долгое время это нежелательное намагничивание (проявлявшееся при прослушивании в виде шума, треска и гула) очень снижало качество фонограмм. Лишь после того как научились подмешивать к току сигнала высокочастотный ток подмагничивания, качество магнитной фонограммы возросло настолько, что стало конкурировать с механической звукозаписью — граммофонными пластинками.
На магнитофоне имелись две катушки — подающая и приемная. Для перемещения ленты служил механизм, состоящий из электродвигателя, ведущего вала, прижимного ролика и других деталей. Обычно в магнитофоне имелось устройство для ускоренной перемотки ленты с катушки на катушку в оба направления.
82. ПЕНИЦИЛЛИН
Антибиотики — одно из замечательнейших изобретений XX века в области медицины. Современные люди далеко не всегда отдают себе отчет в том, сколь многим они обязаны этим лечебным препаратам. Человечество вообще очень быстро привыкает к поразительным достижениям своей науки, и порой требуется сделать некоторое усилие для того, чтобы представить себе жизнь такой, какой она была, к примеру, до изобретения телевизора, радио или паровоза. Так же быстро вошло в нашу жизнь огромное семейство разнообразных антибиотиков, первым из которых был пенициллин. Сегодня нам кажется удивительным, что еще в 30-х годах XX столетия ежегодно десятки тысяч людей умирали от дизентерии, что воспаление легких во многих случаях кончалось смертельным исходом, что сепсис был настоящим бичом всех хирургических больных, которые во множестве гибли от заражения крови, что тиф считался опаснейшей и трудноизлечимой болезнью, а легочная чума неизбежно вела больного к смерти. Все эти страшные болезни (и многие другие, прежде неизлечимые, например, туберкулез) были побеждены антибиотиками.
Еще более поразительно влияние этих препаратов на военную медицину. Трудно поверить, но в прежних войнах большинство солдат гибло не от пуль и осколков, а от гнойных заражений, вызванных ранением. Известно, что в окружающем нас пространстве находятся мириады микроскопических организмов микробов, среди которых немало и опасных возбудителей болезней. В обычных условиях наша кожа препятствует их проникновению внутрь организма. Но во время ранения грязь попадала в открытые раны вместе с миллионами гнилостных бактерий (кокков). Они начинали размножаться с колоссальной быстротой, проникали глубоко внутрь тканей, и через несколько часов уже никакой хирург не мог спасти человека: рана гноилась, повышалась температура, начинался сепсис или гангрена. Человек погибал не столько от самой раны, сколько от раневых осложнений. Медицина оказывалась бессильна перед ними. В лучшем случае врач успевал ампутировать пораженный орган и тем останавливал распространение болезни.
Чтобы бороться с раневыми осложнениями, надо было научиться парализовать микробов, вызывающих эти осложнения, научиться обезвреживать попавших в рану кокков. Но как этого достигнуть? Оказалось, что воевать с микроорганизмами можно непосредственно с их же помощью, так как одни микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности выделяют вещества, способные уничтожать другие микроорганизмы. Идея использовать микробов в борьбе с микробами появилась еще в XIX веке. Так, Луи Пастер открыл, что бациллы сибирской язвы погибают под действием некоторых других микробов. Но понятно, что разрешение этой проблемы требовало огромного труда — нелегко разобраться в жизни и взаимоотношениях микроорганизмов, еще труднее постичь, какие из них находятся во вражде друг с другом и чем один микроб побеждает другого. Однако сложнее всего было вообразить, что грозный враг кокков уже давно и хорошо известен человеку, что он уже тысячи лет живет бок о бок с ним, то и дело напоминая о себе. Им оказалась обыкновенная плесень — ничтожный грибок, который в виде спор всегда присутствует в воздухе и охотно разрастается на всем старом и отсыревшем, будь то стена погреба или кусок хлеба.
Впрочем, о бактерицидных свойствах плесени было известно еще в XIX веке. В 60-х годах прошлого века между двумя русскими врачами — Алексеем Полотебновым и Вячеславом Манассеиным — возник спор. Полотебнов утверждал, что плесень является родоначальником всех микробов, то есть что все микробы происходят от нее. Манассеин же доказывал, что это неверно. Чтобы обосновать свои доводы, он стал исследовать зеленые плесени (по-латыни пенициллиум глаукум). Он посеял плесень на питательной среде и с изумлением отметил: там, где рос плесневой грибок, никогда не развивались бактерии. Из этого Манассеин сделал вывод, что плесневой грибок препятствует росту микроорганизмов. То же потом наблюдал и Полотебнов: жидкость, в которой появлялась плесень, оставалась всегда прозрачной, стало быть, не содержала бактерий. Полотебнов понял, что как исследователь он был не прав в своих заключениях. Однако как врач он решил немедленно исследовать это необычное свойство такого легкодоступного вещества, как плесень. Попытка увенчалась успехом: язвы, покрытые эмульсией, в которой содержался плесневой грибок, быстро заживали. Полотебнов сделал интересный опыт: он покрывал глубокие кожные язвы больных смесью плесени с бактериями и не наблюдал в них никаких осложнений, В одной из своих статей 1872 году он рекомендовал таким же образом лечить раны и глубокие нарывы. К сожалению, опыты Полотебнова не привлекли к себе внимания, хотя от послераневых осложнений во всех хирургических клиниках тогда погибало множество народа.
Вновь замечательные свойства плесени были открыты спустя полвека шотландцем Александром Флемингом. С юности Флеминг мечтал найти вещество, которое могло бы уничтожать болезнетворных бактерий, и упорно занимался микробиологией. Лаборатория Флеминга помещалась в маленькой комнате отдела патологии одного из крупных лондонских госпиталей. В этой комнате всегда было душно, тесно и беспорядочно. Чтобы спастись от духоты, Флеминг все время держал окно открытым. Вместе с другим врачом Флеминг занимался исследованиями стафилококков. Но, не закончив работы, этот врач ушел из отдела. Старые чашки с посевами колоний микробов еще стояли на полках лаборатории — уборку своей комнаты Флеминг всегда считал зряшной тратой времени. Однажды, решив писать статью о стафилококках, Флеминг заглянул в эти чашки и обнаружил, что многие из находившихся там культур покрыла плесень. Это, впрочем, было неудивительно — очевидно, споры плесени занесло в лабораторию через окно. Удивительным было другое: когда Флеминг стал исследовать культуру, то во многих чашках не оказалось и следа стафилококков — там была только плесень и прозрачные, похожие на росу капли. Неужели обычная плесень уничтожила всех болезнетворных микробов? Флеминг немедленно решил проверить свою догадку и поместил немного плесени в пробирку с питательным бульоном. Когда грибок развился, он поселил в ту же чашку различные бактерии и поставил ее в термостат. Исследовав затем питательную среду, Флеминг обнаружил, что между плесенью и колониями бактерий образовались светлые и прозрачные пятна — плесень как бы стесняла микробов, не давая им расти около себя. Тогда Флеминг решил сделать более масштабный опыт: пересадил грибок в большой сосуд и стал наблюдать за его развитием. Вскоре поверхность сосуда покрылась «войлоком» — разросшимся и сбившимся в тесноте грибком. «Войлок» несколько раз менял свой цвет: сначала он был белым, потом зеленым, потом черным. Менял цвет и питательный бульон — из прозрачного он превратился в желтый. «Очевидно, плесень выделяет в окружающую среду какие-то вещества», — подумал Флеминг и решил проверить, обладают ли они вредными для бактерий свойствами. Новый опыт показал, что желтая жидкость разрушает те же микроорганизмы, которые разрушала и сама плесень. Причем жидкость обладала чрезвычайно большой активностью — Флеминг разводил ее в двадцать раз, а раствор все равно оставался губительным для болезнетворных бактерий.
Флеминг понял, что стоит на пороге важного открытия. Он забросил все дела, прекратил другие исследования. Плесневый грибок пенициллиум нотатум отныне целиком поглотил его внимание. Для дальнейших экспериментов Флемингу понадобились галлоны плесневого бульона — он изучал, на какой день роста, при какой температуре и на какой питательной среде действие таинственного желтого вещества окажется наиболее эффективным для уничтожения микробов. В то же время выяснилось, что сама плесень, так же как и желтый бульон, оказались безвредными для животных. Флеминг вводил их в вену кролику, в брюшную полость белой мыши, омывал бульоном кожу и даже закапывал ее в глаза — никаких неприятных явлений не наблюдалось. В пробирке разведенное желтое вещество — продукт, выделяемый плесенью, — задерживало рост стафилококков, но не нарушало функций лейкоцитов крови. Флеминг назвал это вещество пенициллином. С этих пор он постоянно думал над важным вопросом: как выделить действующее активное вещество из профильтрованного плесневого бульона? Увы, это оказалось чрезвычайно сложным делом. Между тем было ясно, что вводить в кровь человека неочищенный бульон, в котором содержался чужеродный белок, безусловно, опасно. Молодые сотрудники Флеминга, такие же, как и он, врачи, а не химики, предприняли множество попыток разрешить эту проблему. Работая в кустарных условиях, они потратили массу времени и энергии но ничего не добились. Всякий раз после предпринятой очистки пенициллин разлагался и терял целебные свойства. В конце концов, Флеминг понял, что эта задача ему не по плечу и что разрешение ее следует передать другим. В феврале 1929 года он сделал в Лондонском медицинском научно-исследовательском клубе сообщение о найденном им необыкновенно сильном антибактериальном средстве. Это сообщение не обратило на себя внимания. Однако Флеминг был упрямый шотландец. Он написал большую статью с подробным изложением своих экспериментов и поместил ее в научном журнале. На всех конгрессах и медицинских съездах он так или иначе делал напоминание о своем открытие. Постепенно о пенициллине стало известно не только в Англии, но и в Америке. Наконец, в 1939 году два английских ученых — Говард Флери, профессор патологии одного из оксфордских институтов, и Эрнст Чейн, биохимик, бежавший из Германии от преследования нацистов, — обратили на пенициллин самое пристальное внимание.
Чейн и Флери искали тему для совместной работы. Трудность задачи выделения очищенного пенициллина привлекла их. В Оксфордском университете оказался штамм (культура микробов, выделенная из определенных источников), присланный туда Флемингом. С ним-то они и стали экспериментировать. Для того чтобы превратить пенициллин в лекарственный препарат, его необходимо было связать с каким-нибудь веществом, растворимым в воде, но таким образом, чтобы, будучи очищенным, он не терял своих удивительных свойств. Долгое время эта задача казалась неразрешимой — пенициллин быстро разрушался в кислой среде (поэтому, кстати, его нельзя было принимать внутрь) и очень недолго сохранялся в щелочной, он легко переходил в эфир, но, если его не ставили на лед, разрушался и в нем. Только после многих опытов жидкость, выделенную грибком и содержащую аминопенициллиновую кислоту, удалось сложным путем отфильтровать и растворить в специальном органическом растворителе, в котором не растворялись соли калия, хорошо растворимые в воде. После воздействия ацетата калия в осадок выпали белые кристаллы калийной соли пенициллина. Проделав множество манипуляций, Чейн получил слизистую массу, которую ему удалось наконец превратить в коричневый порошок. Первые же опыты с ним имели потрясающий эффект: даже маленькая гранула пенициллина, разведенная в пропорции один на миллион, обладала мощным бактерицидным свойством — помещенные в эту среду смертоносные кокки гибли через несколько минут. В то же время введенный в вену мыши препарат не только не убил ее, но вообще не произвел на зверька никакого действия.
К опытам Чейна присоединилось еще несколько ученых. Действие пенициллина всесторонне исследовали на белых мышах. Их заражали стафилококками и стрептококками в дозах более чем смертельных. Половине из них ввели пенициллин, и все эти мыши остались живы. Остальные умерли через несколько часов. Вскоре было открыто, что пенициллин губит не только кокков, но и возбудителей гангрены. В 1942 году пенициллин опробовали на больном, который умирал от менингита. Очень скоро тот поправился. Известие об этом произвело большое впечатление. Однако наладить производство нового препарата в воюющей Англии не удалось. Флери отправился в США, и здесь в 1943 году в городе Пеории лаборатория доктора Когхилла впервые начала промышленное производство пенициллина. В 1945 году Флемингу, Флери и Чейну за их выдающиеся открытие была присуждена Нобелевская премия.