به نقل از «ایرنا»

ابداع نانولوله های بدون نشت یک میلیون بار نازکتر از تار مو

تاریخ انتشار: ۱۰ مهر ۱۴۰۱ | کد خبر: ۳۶۱۱۶۹۸۶

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از تارنمای خبری سای تک دیلی، لوله هایی که به رنگ سبز روشن دیده می شوند، تقریباً هفت نانومتر قطر دارند. حدود دو میلیون بار کوچکتر از یک مورچه و چند میکرون طول دارند یا به اندازه یک ذره غبار هستند. کوچک‌ترین لوله‌ دنیا به طور بالقوه می‌تواند داروها را به داخل سلول‌ها در بدن انسان منتقل کند.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

محققان دانشگاه جان هاپکینز با کار روی لوله‌های میکروسکوپی که ضخامت آنها به اندازه یک میلیونم یک تار موی انسان است، روشی برای محافظت از کوچک‌ترین خطوط لوله در برابر کوچک‌ترین نشتی ابداع کردند.

لوله بدون نشت که از نانولوله‌های خود مونتاژ شونده و خود ترمیم‌شونده ساخته شده و می‌تواند به ساختارهای زیستی مختلف متصل شود، گام بزرگی به سوی ایجاد یک شبکه نانولوله‌ای است که ممکن است روزی داروها، پروتئین‌ها و مولکول‌های تخصصی را به سلول‌های خاص در بدن انسان منتقل کند.

ربکا شولمن، استادیار مهندسی شیمی و بیومولکولی که در این تحقیق مشارکت داشته است، گفت: این مطالعه نشان می‌دهد ساخت نانولوله‌هایی که نشت نکنند با استفاده از تکنیک‌های آسان امکان‌پذیر است. ما مولکول‌ها را در یک محلول مخلوط می‌کنیم و فقط اجازه می‌دهیم ساختاری را که می‌خواهیم تشکیل دهند. همچنین می‌توانیم با استفاده از این نانولوله ها چیزی شبیه شبکه لوله‌کشی ایجاد کنیم.

دانشمندان از لوله هایی استفاده کردند که چندین میکرون طول دارند یا تقریباً به اندازه یک ذره غبار بودند و قطر آنها هفت نانومتر یا حدود دو میلیون بار کوچکتر از یک مورچه بود.

این فناوری مبتنی بر یک تکنیک است که از قطعات دی ان ای به عنوان بلوک‌های سازنده برای رشد و ترمیم لوله‌ها استفاده می‌کند و در عین حال به آن‌ها اجازه می‌دهد تا ساختارهای خاصی را جستجو کرده و به آنها متصل شوند.

ساختارهای مشابهی در آزمایش‌های قبلی برای ایجاد ساختارهای کوچک‌تر به نام نانو منافذ ایجاد شده‌اند. این طرح‌ها بر توانایی نانوحفره‌های دی ان ای برای تنظیم انتقال مولکول‌ها از طریق غشاهای لیپیدی رشد یافته در آزمایشگاه که شبیه غشای سلولی هستند، متمرکز است. 

با این حال، اگر نانولوله ها مانند لوله ها باشند، نانوحفره ها مانند اتصالات لوله کوتاه هستند که به تنهایی نمی توانند به لوله ها، مخازن یا تجهیزات دیگر دسترسی پیدا کنند. برای حل این نوع مشکلات، محققان در نانوتکنولوژی الهام گرفته از زیست شناسی بهره گرفتند.

شولمن گفت: ساخت یک لوله بلند از منافذ می‌تواند به مولکول‌ها اجازه دهد نه تنها از منافذ غشایی که مولکول‌ها را داخل یک محفظه یا سلول نگه می‌دارد، عبور کنند، بلکه به جایی که مولکول‌ها پس از خروج از سلول می‌روند نیز هدایت شوند. ما توانستیم از این منافذ لوله‌هایی بسیار بلندتر از لوله‌هایی که قبلا ساخته شده بود، بسازیم که می‌توانند انتقال مولکول‌ها را در طول «بزرگراه‌های» نانولوله‌ای محقق کنند. 

نانولوله ها از رشته های دی ان ای تشکیل شده اند. ساختار آنها دارای شکاف های کوچک است. دانشمندان به دلیل ابعاد بسیار کوچک این نانولوله ها، نتوانسته بودند آزمایش کنند که آیا این لوله ها می توانند مولکول ها را برای مسافت های طولانی تر بدون نشت حمل کنند یا اینکه آیا مولکول ها از شکاف های دیواره  لوله ها می لغزند.

یی لی، دانش آموخته دکترا از گروه مهندسی شیمی و بیومولکولی دانشگاه جانز هاپکینز و سرپرست این مطالعه، کار معادل نانویی بستن انتهای یک لوله و باز کردن یک شیر آب را انجام داد تا مطمئن شود آب به بیرون نشت نمی کند. این محقق با چوب پنبه‌های مخصوص دی ان ای انتهای لول ها بست و محلولی از مولکول‌های فلورسان را برای ردیابی نشتی‌ و سرعت حرکت مولکول ها از داخل لوله ها عبور داد. 

محققان با اندازه‌گیری دقیق شکل لوله‌ها، نحوه اتصال مولکول‌های زیستی به نانوحفره‌های خاص و سرعت جریان محلول فلورسان، نشان دادند چگونه لوله‌ها، مولکول‌ها را به کیسه‌های کوچک رشد یافته در آزمایشگاه شبیه به غشای سلول منتقل می‌کنند. این مولکول‌های درخشان مانند آب از سرازیری عبور کردند.

لی گفت: اکنون می‌توانیم این ساختار را یک شبکه لوله‌کشی بنامیم، زیرا با استفاده از این کانال‌ها، جریان مواد یا مولکول‌های خاصی را در فواصل بسیار طولانی‌تری هدایت می‌کنیم. ما قادریم زمان توقف این جریان را با استفاده از ساختار دی ان ای دیگری که به طور خاص به آن کانال‌ها متصل می‌شود کنترل کنیم تا این انتقال متوقف شود و به عنوان یک دریچه عمل کند. 

نانولوله‌های دی ان ای می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا درک بهتری از نحوه تعامل نرون‌ها با یکدیگر به دست آورند. محققان همچنین می توانند از آنها برای مطالعه بیماری هایی مانند سرطان و عملکرد بیش از ۲۰۰ نوع سلول بدن استفاده کنند.

در مرحله بعد، این تیم مطالعات بیشتری در مورد سلول های مصنوعی و واقعی و همچنین با انواع مختلف مولکول ها انجام خواهد داد.

نتایج این مطالعه در نشریه ساینس ادونسز منتشر شده است.

برچسب‌ها فناوری نانو پژوهش فناوری

منبع: ایرنا

کلیدواژه: فناوری نانو پژوهش فناوری فناوری نانو پژوهش فناوری مولکول ها نانولوله ها لوله هایی دی ان ای لوله ها

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.irna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایرنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۶۱۱۶۹۸۶ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

شارژ پهپاد‌ها با سلول‌های خورشیدی فوق نازک 

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از نیو اطلس، پهپاد‌های مولتی روتور ممکن است روزی بتوانند به جای بازگشت به ایستگاه شارژ، باتری‌های خود را در حین پرواز شارژ کنند. این پیشرفت به لطف سلول‌های خورشیدی فوق نازک داخلی انجام خواهد شد که کارآمدی خود را روی یک کوادکوپتر کوچک نشان داده اند.

یکی از دلایلی که امروزه شاهد استفاده گسترده‌تر از پهپاد‌ها نیستیم این است که بیشتر آنها می‌توانند تنها حدود ۳۰ دقیقه پرواز کنند و پس از این مدت باتری شان تمام می‌شود. این بدان معنی است که آنها معمولا محدود به سفر‌های رفت و برگشتی هستند که هر طرف فقط ۱۵ دقیقه طول می‌کشد، از پایگاه خود تا مقصد و مسیر بازگشت.

یک راهکار این است که پهپاد‌ها در صورت نیاز در ایستگاه‌های شارژ در طول مسیر‌های تعیین شده توقف کرده و باتری خود را شارژ کنند. اما چنین راهکاری مستلزم ساخت، تغذیه و نگهداری چنین ایستگاه‌هایی است.

علاوه بر این، پهپاد‌ها محدود به دنبال کردن مسیر‌های پروازی هستند که این ایستگاه در آنها پیش بینی شده باشد؛ و این همان جایی است که سلول‌های خورشیدی جدید وارد می‌شوند.

پژوهشگران دانشگاه یوهانس کپلر در لینز اتریش، سلول‌های سبک وزن و انعطاف پذیری از یک ماده نیمه رسانا به نام پروسکایت ساخته اند که ضخامت شان کمتر از ۲.۵ میکرومتر (تن‌ها یک بیستم قطر موی انسان) است. نکته مهم‌تر اینکه، این سلول‌ها در تبدیل نور خورشید به برق ۲۰.۱ درصد کارآمد هستند و توان خروجی شان تا ۴۴ وات بر گرم است.

دانشمندان در آزمایش اثبات مفهومی این فناوری، آرایه‌ی حلقه‌ای از ۲۴ سلول را بر روی یک کوادکوپتر مینیاتوری CX۱۰ با نام تجاری «Solar Hopper» «سولار هوپر» نصب کردند. این آرایه فقط یک بیست و پنجم وزن کل پهپاد و خود سلول‌ها نیز فقط یک چهارصدم وزن آن را تشکیل می‌دادند.

این پیکربندی پهپاد را قادر می‌سازد تا به طور خودکفا عمل کند و چرخه شارژ- پرواز- شارژ متوالی را بدون شارژ مجدد سیمی انجام دهد.

در یک سری آزمایش‌های داخلی که تحت یک منبع نور مصنوعی شبیه سازی نور خورشید انجام شد، پهپاد پی در پی به مدت ۱۰ ثانیه در حالت نیمه پرواز معلق ماند، سپس فرود آمد و به مدت ۳۰ دقیقه برای شارژ مجدد رها شد. شش مورد از این چرخه‌های «شارژ- پرواز- شارژ» پشت سر هم را با موفقیت به پایان رساند و احتمالا همچنان می‌توانست این روند را به طور نامحدود ادامه دهد.

دانشمندان بار دیگر سولار هوپر را در حالت نیمه پرواز شناور کردند، اما این بار تا زمانی که باتری آن تمام شد در همین حالت باقی ماند. این آزمایش‌ها هم با و هم بدون اتصال آرایه خورشیدی انجام شد. مشخص شد که وقتی آرایه متصل شد، زمان پرواز حدود شش درصد افزایش یافت.

اگرچه این رقم زیادی نیست، اما هدف از این فناوری آن است که به پهپاد‌ها امکان دهد هر جایی که نور خورشید وجود دارد توقف کرده و شارژ شوند، نه برای شارژ شدن در هنگام پرواز. علاوه بر این، دانشمندان خاطرنشان می‌کنند که اگر پهپاد به شکلی تغییر می‌کرد که از نظر انرژی کارآمدتر باشد، این رقم بزرگتر می‌شد. 

البته، این فناوری می‌تواند کاربرد‌هایی فراتر از شارژ مجدد پهپاد‌ها را داشته باشد مانند عملیات جستجو و نجات، نقشه برداری در مقیاس بزرگ، تولید انرژی خورشیدی در فضا و کاوش در منظومه شمسی.

«کریستوف پوتز» «Christoph Putz» یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه می‌گوید: سلول‌های خورشیدی فوق العاده نازک و سبک وزن نه تنها قابلیت عظیمی برای متحول کردن روش تولید انرژی در صنعت هوافضا دارند، بلکه طیف گسترده‌ای از کاربرد‌ها شامل تجهیزات الکترونیکی پوشیدنی و اینترنت اشیا نیز وجود دارد که می‌توانند از این فناوری جدید بهره‌مند شوند. فتوولتائیک‌های سبک، سازگار و بسیار کارآمد، کلید توسعه نسل بعدی سیستم‌های انرژی خودکفا هستند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature Energy منتشر شده است.

انتهای پیام/