پایگاه اطلاع‌رسانی ایران رصد، به نقل از سایت phys.org، یک صفحه تخت از اتم‌ها می‌تواند به عنوان نوعی آنتن دو بعدی عمل کند که نور را جذب و انرژی آن را به نانولوله‌های کربنی هدایت کند و باعث شود آنها بدرخشند. این پیشرفت می‌تواند به توسعه دستگاه‌های کوچک منتشر کننده نور در آینده که از اثرات کوانتومی بهره‌برداری می‌کنند، کمک کند.

نحوه عملکرد

نانولوله‌های کربنی شبیه سیم‌های بسیار نازک و توخالی با قطری حدود یک نانومتر هستند. آنها می توانند به طرق مختلف نور تولید کنند. برای مثال، یک پالس لیزر می‌تواند الکترون‌های با بار منفی درون ماده را تحریک کند و «سوراخ‌هایی» با بار مثبت باقی بگذارد. این بارهای متضاد می توانند با هم جفت شوند و حالتی پرانرژی به نام اکسایتون را تشکیل دهند که ممکن است قبل از اینکه انرژی خود را به عنوان نور آزاد کند، در طول یک نانولوله نسبتاً دور حرکت کند.

در اصل، این پدیده می تواند برای ساخت دستگاه های ساطع کننده نور در مقیاس نانو بسیار کارآمد مورد بهره برداری قرار گیرد.

محدودیت‌ها

متأسفانه، سه مانع برای استفاده از لیزر برای تولید اکسیتون‌ها در نانولوله‌های کربنی وجود دارد. اولاً، یک پرتو لیزر معمولاً ۱۰۰۰ برابر گسترده‌تر از یک نانولوله است، بنابراین مقدار بسیار کمی از انرژی آن در واقع توسط مواد جذب می‌شود. دوم، امواج نور باید کاملاً با نانولوله هماهنگ شوند تا انرژی خود را به طور مؤثر ارائه کنند. در نهایت، الکترون‌های یک نانولوله کربنی تنها می توانند طول موج‌های بسیار خاصی از نور را جذب کنند.

برای غلبه بر این محدودیت‌ها، تیمی به رهبری Yuichiro Kato از آزمایشگاه فوتونیک کوانتومی نانومقیاس RIKEN به کلاس دیگری از نانومواد، معروف به مواد دو بعدی، روی آوردند. این صفحات تخت فقط چند اتم ضخامت دارند، اما می‌توانند بسیار گسترده‌تر از پرتو لیزر باشند و در تبدیل پالس‌های لیزر به اکسیتون بسیار بهتر هستند.

فرایند اجرا

محققان نانولوله های کربنی را بر روی یک ترانشه که از یک ماده عایق تراشیده شده بود رشد دادند. آنها سپس یک پوسته نازک اتمی از تنگستن دیزلنید را در بالای نانولوله ها قرار دادند. هنگامی که پالس‌های لیزر به این پوسته برخورد می‌کنند، اکسیتون‌هایی تولید می‌کنند که به درون نانولوله و در طول آن حرکت می‌کنند، قبل از اینکه نوری با طول موج بلندتر از لیزر آزاد کنند. تنها یک تریلیونم ثانیه طول کشید تا هر اکسایتون از ماده دو بعدی به نانولوله عبور کند.

با آزمایش نانولوله‌هایی با طیف وسیعی از ساختارهای مختلف که بر سطوح انرژی حیاتی در مواد تأثیر می‌گذارند، محققان اشکال نانولوله‌ای ایده‌آل را شناسایی کردند که انتقال اکسیتون‌ها از مواد دو بعدی را تسهیل می‌کنند.

بر اساس این نتیجه، آنها قصد دارند از مهندسی باند (یک مفهوم مفید در مهندسی نیمه هادی برای تحقق بخشیدن به دستگاه هایی با خواص برتر) در مقیاس ریز اتمی استفاده کنند.

کاتو می گوید:

زمانی که مهندسی باند در نیمه هادی‌های کم بعدی اعمال می شود، انتظار می رود ویژگی های فیزیکی جدید و قابلیت‌های نوآورانه ظاهر شوند.

کاتو می‌افزاید:

امیدواریم از این مفهوم برای توسعه دستگاه‌های فوتونیک و اپتوالکترونیکی که فقط چند لایه اتمی ضخامت دارند، استفاده کنیم. اگر بتوانیم آنها را تا حد نازک اتمی کوچک کنیم، انتظار داریم اثرات کوانتومی جدیدی پدیدار شوند که ممکن است برای فناوری‌های کوانتومی آینده مفید باشند.

این مقاله در مجله Nature Communications منتشر شده است.

در حالت کلی، ساختمان ها برای مقاومت در برابر نیروهای عمودی همچون گرانش و وزن آماده شده‌ اند؛ اما زلزله در این دسته نیروها قرار ندارد. زلزله باعث وارد شدن نیروهای افقی به سازه می‌ شود. این نیروی افقی، دیوار، کف‌، ستون‌، تیر و رابط‌ ها را به ارتعاش در می‌ آورد. تفاوتی که در بین حرکت پایین و بالای ساختمان‌ ها وجود دارد، باعث ایجاد فشار شدیدی بر سازه شده و در نتیجه ساختمان فرو می‌ ریزد. قبل از پرداختن به بررسی انواع روش‌ های مقاوم‌ سازی ساختمان، باید بتوانیم نقاط ضعف موجود در سازه‌ ها را شناسایی کرده و متناسب با هر کدام، روش مقاوم‌ سازی ساختمان در برابر زلزله را مشخص کنیم.

انواع سازه‌ های رایج در کشور ما به سه دسته سنتی، فلزی و بتنی تقسیم می‌ شوند. در سازه‌ های سنتی، مقاوم سازی بیشتر از اینکه محاسباتی و علمی باشد؛ تجربی است. در این نوع سازه‌ بر خلاف دیگر ساختمان ها، تحمل بارهای قائم بر عهده دیوار است. سازه ‎‌های فلزی به‌دلیل نیاز به رعایت استانداردهای مصالح و افزایش کیفیت اجرا در بیشتر کشورها از جمله ایران مورد استفاده قرار نگرفته‌ اند. سازه‌ های بتنی نسبت به سازه‌ های فلزی رایج‌ ترند.

مقاوم‌ سازی ساختمان با استفاده از دیوار برشی

دیوار برشی یکی از روش‌ های مقاوم‌سازی ساختمان‌ ها در برابر زلزله به شمار می‌ رود. برای بالا بردن مقاومت در برابر نیرو‌های افقی ناشی از زلزله، دیوارهای برشی را با استفاده از بادبندها محکم می‌ کنند. بادبند‌ها با نام مهاربند نیز شناخته می‌ شوند. شاید برای شما سوال باشد که کاربرد مهاربند در ساختمان چیست؟ مهاربند‌ها به دو مدل عمودی یا افقی در اشکال هندسی گوناگون تقسیم‌ بندی شده‌ اند. این محصول به منظور افزایش مقاومت سازه در برابر نیرو‌های افقی و جانبی به کار برده می‌ شوند.

استفاده از ژاکت بتنی برای بالا بردن مقاومت اجزای ضعیف سازه بتنی مثل تیر، ستون، فونداسیون و … است. بهره بردن از این روش باعث افزایش ظرفیت باربری ساختمان در برابر نیروهای جانبی و افقی مثل زلزله خواهد شد. از دیگر مزایا‌ی ژاکت بتنی که با محصور کردن بتن به دست می آید، می‌توان به بالا رفتن ظرفیت برشی، خمشی و همچنین سختی اتصالات قاب اشاره کرد. البته این روش در کنار مزایایی که دارد، منجر به افزایش وزن سازه می شود.

سیستم‌ های پلیمری تقویت‌‌ شده با الیاف یا Fiber reinforced Polymer composites (FRP) به‌ عنوان یکی از ساده‌ ترین و جدیدترین روش‌ های مقاوم سازی ساختمان به شمار می‌ آیند. این سیستم علاوه بر مقاومت بالا ‌از وزن کمی برخوردار است. از گذشته، FRP در صنایع عمرانی، هوافضا، خودرو سازی و به‌ طور‌ کلی هر حوزه‌ ای که نیاز به استحکام بالا و در عین حال وزن کم دارد استفاده می شود. این روش به علت داشتن مزایای گفته شده و پوشش نقاط ضعف راهکار‌های قبلی، جزء روش‌ های رایج در دوره کنونی محسوب می‌ شود.

مقاوم‌ سازی ساختمان در برابر زلزله با استفاده از جداساز لرزه‌ای

جدا ساز‌های لرزه‌ ای نیز جز روش‌ های نوین محسوب می‌ شوند. هدف کلی از بکار بردن این جداساز‌ها، کنترل تاثیر ارتعاشات ناشی از زلزله روی ساختمان است. در این روش ساختمان روی یک سیستم جداساز لرزه‌ ای بنا می‌ شود. در نتیجه باعث کاهش شدت نیرو‌های افقی ناشی از زلزله خواهد شد؛ البته جداساز‌ها نیز خود دارای انواع مختلفی هستند که می‌ توان با توجه به نیاز‌های گوناگون از انواع آن‌ ها استفاده کرد.

مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله با میراگر

میراگرا‌های لرزه‌ ای برای از بین بردن نوسانات ساختمان در هنگام زلزله استفاده می‌ شوند. میرایی اصطکاکی یکی از کارآمد ترین روش ها برای اتلاف انرژی حاصل از زمین لرزه به حساب می‌ آید. میراگرا به ساختمان اجازه می‌‌ دهد که به صورت الاستیک حرکت داشته باشند. به همین علت سازه قادر است بدون هیچ آسیبی در برابر زلزله، ساختار خود را حفظ کند.

مقاومت ساختمان‌‌های بتنی در برابر زلزله به عوامل متعددی بستگی دارد که عبارتند از:

• استفاده از طراحی زلزله‌‌ای مانند سیستم‌ های مهار کننده، ارتجاعی و جدارهای سازه‌ای
• مصالح مقاوم به زلزله با مقاومت فشاری و کششی مناسب
• پیش‌بینی زلزله توسط تکنولوژی و ابزارهای جدید روز دنیا
• استفاده از تکنولوژی‌ های مقاومت به زلزله مانند پدهای زلزله‌ای (زیر سازه‌ های نرم کننده)و اتصالات مهار کننده
• تعمیر و نگهداری منظم

پایگاه رصد علم و فناوری، به نقل از سایت ساینس دایلی، به لطف کشف جدید در حوزه خواص مولکولی کریستال‌های مایع در معرض نور قرار گرفته، ربات‌ها و دوربین‌های آینده می‌توانند از کریستال‌های مایع ساخته شوند.

به گزارش ساینس دایلی، «آلوین مودین» دانشجوی دکتری فیزیک در «دانشگاه جانز هاپکینز» و نویسنده مقاله منتشر کننده این گزارش؛ گفت:

با استفاده از این روش هر آزمایشگاهی با یک میکروسکوپ و مجموعه‌ای از لنزها می‌تواند ترکیبات و آرایه کریستال مایع را در هر الگویی که بخواهد، تنظیم کند. آزمایشگاه های صنعتی و تولیدکنندگان احتمالا می توانند این روش طی یک روز به مرحله اجرائی برسانند.

کریستال مایع

مولکول های کریستال مایع همانند مایعات دارای قابلیت جریان هستند. اما آنها برخی ویژگی های ساختار داخلی بلورهای جامد را نیز دارا هستند که در پاسخ به محرک‌های قابل تغییر هستند. آنها در صفحه‌های نمایش «ال سی دی»، ابزارهای تصویربرداری بیومدیکال و سایر دستگاه های نیازمند کنترل دقیق نور و حرکت‌های دقیق قابل بکارگیری می‌باشند.

مودین در عین حال خاطرنشان کرد که کنترل آرایه آنها در سه بُعد نیازمند تکنیک‌های پرهزینه و پیچیده است.

این تیم تحقیقاتی که شامل چند اساتید فیزیک دانشگاه جانز هاپکینز است، کشف کرد که می‌تواند سوگیری سه‌بُعدی کریستال های مایع را از طریق کنترل تماس نور با یک ماده فتوولتاییک رسوب شده روی شیشه، دستکاری کند.

روش انجام

آنها نور پلاریزه و غیرقطبی را از طریق میکروسکوپ به کریستال های مایع می تابانند. در نور پلاریزه، امواج نور در جهات خاص به جای تصادفی در همه جهات، مانند نور غیرقطبی نوسان می کنند. این تیم از این روش برای ایجاد عدسی میکروسکوپی از کریستال های مایع استفاده کرده اند که قادر به تمرکز نور بسته به قطبش نوری است که از آن می تابد.

ابتدا، تیم از نور پلاریزه شده برای تراز کردن کریستال های مایع روی یک سطح استفاده نمودند. سپس از نور معمولی برای تغییر جهت دادن کریستال های مایع به سمت بالی آن صفحه استفاده کردند. این به آنها اجازه داد تا جهت گیری دو نوع کریستال مایع رایج را کنترل کنند و الگوهایی با ویژگی هایی به اندازه چند میکرومتر، یعنی کسری از ضخامت موی انسان ایجاد کنند.

سرا، که همچنین یکی از همکاران این پژوهش و استاد دانشگاه جنوب دانمارک است، گفت:

یافته‌ها می‌تواند منجر به ایجاد ابزارهای قابل برنامه‌ریزی شود که در پاسخ به محرک‌ها تغییر شکل می‌دهند. مانند ابزارهایی که در ربات‌های نرم و لاستیکی برای کنترل اجسام و محیط‌های پیچیده یا لنزهای دوربین که به طور خودکار بسته به شرایط نوری فوکوس می‌کنند مورد نیاز است.

سرا می‌گوید:

«اگر می‌خواستم یک شکل سه‌بعدی دلخواه مانند بازو یا گیره بسازم، باید کریستال‌های مایع را به‌گونه‌ای تراز می‌کردیم که وقتی تحت یک محرک قرار می‌گرفت، این ماده به طور خود به خود به آن شکل‌ها تغییر ساختار می‌داد. اچالش اصلی تا کنون نحوه کنترل این محور سه بعدی هم ترازی کریستال های مایع بود. اما اکنون راهی برای ایجاد این امکان وجود دارد.

دانشمندان در حال تلاش برای به دست آوردن حق ثبت اختراع برای کشف خود هستند و قصد دارند آن را با انواع مختلف مولکول های کریستال مایع و پلیمرهای جامد ساخته شده از این مولکول ها آزمایش کنند.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از اسپیس،  در این روش چاپ ۳بعدی جدید که توسط شرکت فناوری ژاپنی “Mitsubishi Electric Corporation” ابداع شده، از نوع خاصی از رزین استفاده می‌شود که در صورت قرار گرفتن در معرض پرتو ماورابنفش خورشید که در فضا وجود دارد، به ماده‌ای جامد، سفت و سخت تبدیل می‌شود.

این شرکت تاکنون تنها نحوه‌ی عملکرد این فناوری را در شرایط شبیه‌سازی شده فضا نشان داده است. محققان “میتسوبیشی” بشقاب یک آنتن به عرض ۶.۵ اینچ(۱۶.۵ سانتی متر) را در این شرایط چاپ کردند. این آنتن در آزمایشات به خوبی آنتن‌های ماهواره‌ای معمولی عمل کرد.

حساسیت آنتن‌ها به طور مستقیم با اندازه آنها ارتباط دارد.

هرچه آنتن بزرگ‌تر باشد، سیگنال‌ها را بهتر تشخیص داده و ارسال می‌کند. اما اندازه ماهواره‌ها هنگام پرتاب به مدار چالش برانگیز است، زیرا یک آنتن بزرگ فضای زیادی را در موشک اشغال می‌کند. آنتن‌ها همچنین باید محکم باشند تا از ارتعاشات موشک حین پرتاب جان سالم به در ببرند که این موضوع نیز باعث‌ سنگین شدن آنها می‌شود. هرچه یک ماهواره سنگین‌تر باشد، پرتاب آن هزینه بیشتری خواهد داشت.

قطعاتی که به صورت سه بعدی در فضا چاپ می‌شوند، می‌توانند بسیار سبک‌تر و نازک‌تر باشند، زیرا نیازی نیست که در برابر ارتعاشات موشک حین پرتاب مقاوم‌سازی شوند. بنابراین، با چاپ سه‌بعدی آنتن‌ها به طور مستقیم در فضا، نه تنها در هزینه‌ها صرفه‌جویی می‌شود، بلکه می‌توان ماهواره‌های بسیار کوچک‌تر را به آنتن‌های بسیار بزرگ‌تری نسبت به آنتن‌های کنونی مجهز کرد.

این شرکت در بیانیه‌ای گفت که این فناوری راه را برای “چاپ سه بعدی سازه‌های بسیار بزرگ در فضا” هموار می‌کند. که به هیچ وجه امکان پرتاب آن‌ها با موشک وجود ندارد.

این رزین در برابر حرارت نیز مقاوم است و می‌تواند دمای ۷۵۰ درجه فارنهایت(۴۰۰ درجه سانتیگراد) را تحمل کند. این میزان بیشتر از دمایی است که فضاپیماها در مدار اطراف زمین تجربه می‌کنند.

این شرکت در بیانیه‌ای اعلام کرد:

طراحی‌ آنتن فضاپیماها به دلیل نیازهای متناقض آنها یعنی بهره‌وری بالا و پهنای باند وسیع در عین وزن کم، کاری چالش‌برانگیز است. بهره‌وری بالا و پهنای باند گسترده لزوماً به دیافراگم بزرگ نیاز دارد، اما استقرار مقرون به صرفه آنها در مدار به طور معمول حکم می‌کند که طرح‌ها به اندازه‌ای سبک و کوچک باشند که در داخل یک موشک جا بگیرند.

این شرکت افزود که رزین آنها اولین رزین مناسب برای استفاده در خلاء است، زیرا برای جلوگیری از جامد شدن سریع، به اکسیژن جو زمین نیاز ندارد. نمایندگان “میتسوبیشی” اضافه کردند که استفاده از پرتو طبیعی ماورابنفش مصرف برق چاپگر سه بعدی را کاهش می‌دهد.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش ایسنا و به نقل از نانوورک، پژوهشگران “مؤسسه سلطنتی فناوری کی‌تی‌اچ”(KTH) و “دانشگاه استنفورد”(Stanford University)، مواد ۲ بعدی را برای تولید اجزای رایانه ساخته‌اند. که ارائه رایانه‌های مشابه مغز انسان را امکان‌پذیر می‌کند.

مولفه‌های موسوم به “ECRAM” ساخته‌ شده با کاربید تیتانیوم  ۲ بعدی. پتانسیل فوق‌العاده‌ای را برای تکمیل فناوری ترانزیستور کلاسیک و کمک به تجاری‌سازی رایانه‌های قدرتمندی که بر اساس شبکه عصبی مغز مدل‌سازی شده‌اند، نشان می‌دهند. چنین رایانه‌هایی می‌توانند هزاران بار بیشتر از رایانه‌های کنونی کارآمد باشند.

“مکس حامدی”(Max Hamedi)، دانشمند ایرانی مؤسسه سلطنتی فناوری کی‌تی‌اچ گفت:

به دلیل وجود برخی تفاوت‌های اساسی روش کلاسیک محاسبات که اکنون مورد استفاده قرار دارد. با ECRAM، مؤلفه‌ای که به عنوان نوعی سلول سیناپسی در یک شبکه عصبی مصنوعی عمل می‌کند. این پیشرفت‌ها در محاسبات امکان‌پذیر هستند.

وی افزود: این رایانه‌های جدید به جای ترانزیستورهایی که روشن یا خاموش هستند. و به انتقال اطلاعات بین پردازنده و حافظه نیاز دارند. به اجزایی متکی هستند که می‌توانند چندین حالت داشته باشند. و محاسبات درون حافظه را انجام دهند.

دانشمندان مؤسسه سلطنتی فناوری کی‌تی‌اچ و دانشگاه استنفورد، روی آزمایش مواد بهتری برای ساختن ECRAM تمرکز کرده‌اند. مولفه‌ای که در آن، یون‌ها به کانال اکسیداسیون وارد می‌شوند. و کاری مشابه کار مغز ما با یون‌ها صورت می‌گیرد. آنچه برای تجاری کردن این تراشه‌ها مورد نیاز است. موادی هستند که بر “سینتیک”(Kinetics) کند اکسیدهای فلزی و پایداری دمای ضعیف پلاستیک‌ها غلبه کنند.

ماده کلیدی در واحدهای ECRAM که این گروه پژوهشی ابداع کرده‌اند. “MXene” نامیده می‌شود. این ماده، یک ترکیب دو بعدی است که به اندازه چند اتم ضخامت دارد و از کاربید تیتانیوم تشکیل شده است.

حامدی گفت: MXene، سرعت بالای شیمی آلی را با سازگاری مواد معدنی در یک دستگاه واحد ترکیب می‌کند. که در پیوند الکتروشیمی و تجهیزات الکترونیکی کاربرد دارد.

“آلبرتو سالیو”(Alberto Salleo)، پژوهشگر دانشگاه استنفورد و از اعضای این گروه پژوهشی گفت:

MXene ، سرعت، خطی بودن، نویز نوشتن، انرژی و استقامت معیارهای ضروری برای شتاب موازی شبکه‌های عصبی مصنوعی را با هم ترکیب می‌کند.

اگرچه پیش از خرید رایانه‌های نورومورفیک، باید بر موانع بسیاری غلبه کرد اما حامدی گفت که ECRAM دو بعدی حداقل در مورد مواد نورومورفیک، پیشرفتی را نشان می‌دهد. که شاید به هوش مصنوعی کمک کند. تا با ورودی‌ها و جزئیات گیج‌کننده سازگار شود. مغز، انرژی بسیار کمتری را مصرف می‌کند. همچنین، این روش می‌تواند دستگاه‌های قابل حملی را فعال کند که قادر به انجام دادن وظایف محاسباتی بسیار سنگین‌تری هستند.

این پژوهش، در “Advanced Functional Materials” به چاپ رسید.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش خبرگزاری صدا و سیما. این نوع شیشه‌ها ایده ساختمانی با پنجره‌های بزرگ را محقق می‌کند. پنجره‌هایی که نور کافی را به ساختمان می‌دهند. و نیاز کمتری به مصرف انرژی وجود دارد. این محصول دانش‌بنیان توسط گروه صنعتی شیشه کاوه و با حمایت معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری تولید و روانه بازار شده است.

این محصول عبور اشعه مادون قرمز و جذب گرمای حاصل از نور خورشید را به شدت کاهش می‌دهد. و در حین حال امکان عبور بیشترین میزان نور مریی را فراهم می‌کند. این شیشه‌ها ۳ برابر بیشتر از شیشه‌های ۲ جداره عایق حرارت هستند و این ویژگی مزیت‌های فراوانی همچون جلوگیری از هدررفت انرژی گرمایی و محافظت از محیط‌زیست به دلیل کاهش مصرف انرژی برای تامین گرما و جلوگیری از بخار گرفتن شیشه در فصول سرد را دارد. این نوع شیشه‌ها در انواع مختلف و با راندمان متفاوت تولید می‌شوند.

امروزه توجه به بهره‌وری انرژی در طراحی ساختمان‌ها که به عنوان یکی از عمده‌ترین مصرف‌کنندگان انرژی هستند. از اهمیت بالایی برخوردار است. از کاربرد نانوفناوری در صنعت ساخت شیشه می‌توان به تولید محصولاتی مانند شیشه‌های خود تمیز شونده، شیشه‌های کنترل‌کننده انرژی و شیشه‌های محافظ در برابر آتش اشاره کرد. شیشه‌های کنترل‌کننده انرژی باعث کاهش عبور نور مرئی و هم چنین جلوگیری از هدر رفتن انرژی داخل ساختمان می‌شوند.

این محصول با تایید ستاد توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری تولید شده و در اختیار صنایع قرار گرفته است.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش ایسنا و به نقل از نیواطلس، درمان شکستگی‌های پیچیده استخوان ممکن است دشوار باشد. گاهی اوقات نیاز به برداشتن استخوان آسیب‌دیده و جایگزینی آن با استخوان قسمت دیگری از بدن احساس می‌شود. به لطف یک ماده آزمایشی جدید، میکروربات‌ های استخوان‌ساز ممکن است روزی نیاز به ارائه جایگزین را کاهش دهند.

این فناوری توسط دانشمندان “دانشگاه لینشوپینگ”(Linköping University) در سوئد و “دانشگاه اوکایاما”(Okayama University) در ژاپن توسعه یافته است. در ساخت این میکروربات‌ ها، از بافت “ملاج” یا “فونتانل”(Fontanelle) الهام گرفته شده است. این ماده اجازه می‌دهد جمجمه نوزادان هنگام عبور از کانال زایمان، نرم و انعطاف پذیر باشد. اما طی مدت کوتاهی پس از آن سفت می‌شود و به صورت استخوان درمی‌آید.

هیدروژل آلژینات

ماده‌ای که در حال حاضر ابداع شده، به شکل یک نوار نازک از جنس هیدروژل آلژینات به دست آمده از جلبک است. یک طرف ژل، با یک پلیمر الکترواکتیو موسوم به “پلی‌پیرول”(PPy) پوشیده شده است. طرف دیگر آن حاوی مولکول‌های زیستی است که به عنوان “نانوقطعات غشای پلاسمایی”(PMNFs) مشتق‌ شده از سلول شناخته می‌شوند.

هنگامی که یک جریان الکتریکی با ولتاژ پایین به ماده اعمال می‌شود. پلی‌پیرول با افزایش حجم پاسخ می‌دهد. از آنجا که پلیمر فقط در یک طرف نوار قرار دارد. این پاسخ باعث می‌شود که نوار به یک طرف خم شود. با برش الگوهای مختلف در مواد، می‌توان نوار را خم کرد و به شکل‌های مختلفی مانند نیم‌دایره یا چوب‌پنبه‌ بازکن درآورد.

نانو قطعات غشای پلاسمایی

از آنجا که نانو قطعات غشای پلاسمایی از سلول‌های دخیل در فرآیند رشد استخوان به دست می‌آیند. وقتی در بدن انسان قرار می‌گیرند، به طور طبیعی معدنی می‌شوند. آنها مانند استخوان سخت می‌شوند.

این امید وجود دارد که روزی بتوان میکروربات‌ های کوچک ساخته‌شده از این ماده را به شکستگی‌های پیچیده استخوان تزریق کرد. سپس با اعمال جریان الکتریکی، کمبود استخوان را پر کرد. میکروربات‌ های تزریق‌ شده سپس سفت می‌شوند. به شکل استخوان محکم در می‌آیند.

دانشمندان در بررسی‌های آزمایشگاهی، با موفقیت توانستند نوارهایی از این مواد را در محیط کشت سلولی که از نظر شیمیایی مشابه بدن انسان بود، دور استخوان مرغ بپیچند. این نوارها متعاقباً به استخوان مصنوعی تبدیل شدند که با استخوان مرغ ترکیب شد.

این پژوهش، در مجله “Advanced Materials” به چاپ رسید.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش خبرگزاری علم و فناوری، پنجره‌هایی را تصور کنید که به‌راحتی می‌توانند به آینه تبدیل شوند. یا رایانه‌هایی با سرعت فوق‌العاده که نه با الکترون و انرژی برق، بلکه با فوتون‌های نور کار می‌کنند. این موارد تنها برخی از کاربردهای بالقوه‌ای از مهندسی نوری (روش استفاده از لیزر برای تغییر سریع و موقت خواص مواد) است. که می‌توان برای تجهیزات مدرن متصور شد.

تغییر خواص الکترونیکی مواد

دیوید هسیه، پروفسور فیزیک مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) و سرپرست تیم تحقیقاتی این پروژه درباره این تکنولوژی گفت:

این ابزارها می‌توانند به شما این امکان را بدهند تا خواص الکترونیکی مواد را با یک حرکت کلید نور تغییر دهید. اما فناوری‌ها به دلیل ایجاد گرمای بیش از حد لیزر در مواد، محدود شده و این موضوع چالش بزرگ ما است.

جونی شان از دیگر پژوهشگران این تحقیقات تاکید کرد:

لیزرهای موردنیاز برای این آزمایش‌ها بسیار قدرتمند هستند. بنابراین گرم نشدن و آسیب نرساندن به مواد سخت است. ازیک‌طرف، ما می‌خواهیم که این ماده در معرض نور لیزر بسیار قوی قرار گیرد. از سوی دیگر، ما اصلاً نمی‌خواهیم که ماده هیچ یک از آن نور را جذب کند.

در حقیقت دانشمندان توانستند یک نقطه شیرین یا (sweet spot) برای دورزدن این موضوع پیدا کردند. جایی که فرکانس لیزر به‌گونه‌ای تنظیم می‌شود. تا به طور قابل‌توجهی خواص مواد را بدون ایجاد گرمای ناخواسته تغییر دهد.

تری سولفید فسفر منگنز

پژوهشگران همچنین یک ماده ایده‌آل برای نشان‌دادن این روش پیدا کرده‌اند. این ماده، نیمه‌هادی به نام تری سولفید فسفر منگنز، به طور طبیعی تنها مقدار کمی نور را در طیف وسیعی از فرکانس‌های مادون‌قرمز جذب می‌کند. آن‌ها آزمایش‌های خود از پالس‌های لیزر مادون‌قرمز شدید که هرکدام حدود ۱۰ تا ۱۳ ثانیه طول می‌کشید. استفاده کردند تا انرژی الکترون‌های درون ماده را به‌سرعت تغییر دهند. در نتیجه، ماده از حالت بسیار مات به حالت بسیار شفاف برای رنگ‌های خاصی از نور تغییر می‌کند.

مهندسی نوری منسجم

همچنین دانشمندان دریافتند که این فرایند قابل برگشت است. هنگامی که لیزر خاموش می‌شود. مواد فوراً بدون آسیب به حالت اولیه خود بازمی‌گردند. اگر مواد نور لیزر را جذب کرده و گرم شده باشند. این امکان‌پذیر نخواهد بود زیرا زمان زیادی طول می‌کشد تا مواد گرما را دفع کنند. تغییر مهندسی شده بدون حرارت مورد استفاده در فرایند جدید به‌عنوان “مهندسی نوری منسجم” شناخته می‌شود.

پژوهشگران تأکید کردند که این روش موفقیت‌آمیز است. زیرا نور تفاوت بین سطوح انرژی الکترون‌ها (شکاف نواری) را بدون اینکه خود الکترون‌ها را به سطوح مختلف انرژی وارد کند. در نیمه‌هادی‌ها تغییر داده و مانع تولید گرمای بیش از حد استاندارد مقرر خواهد شد.

پروفسور هسیه در این مورد توضیح داد:

انگار شما یک قایق دارید و سپس یک موج بزرگ از راه می‌آید و به‌شدت قایق را بالا و پایین می‌کند. بدون اینکه باعث شود هیچ یک از مسافران به زمین بیفتند. لیزر ما به‌شدت سطوح انرژی مواد را تکان می‌دهد. و این باعث تغییر خواص مواد می‌شود. اما الکترون‌ها در جای خود باقی می‌مانند.

محققان پیش‌تر نحوه عملکرد این روش را تئوری کرده‌اند. به‌عنوان‌مثال، در دهه ۱۹۶۰، جان شرلی، ایده‌های ریاضی را در مورد چگونگی حل سطوح انرژی الکترون در یک ماده در حضور نور مطرح کرد. بر اساس این تئوری، تیم پژوهشی مؤسسه فناوری کالیفرنیا برای محاسبه اثرات مورد انتظار نور لیزر در تری سولفید فسفر منگنز از یافته‌های گذشته دانشمندان بهره بردند. آن‌ها اعلام کردند که این آزمایش‌ها، تئوری‌های مطرح شده را بادقت قابل‌توجهی اثبات کرد.

استفاده از نور برای ایجاد خواص مصنوعی مواد

این یافته‌ها به این معنی است که اکنون دیگر دانشمندان می‌توانند به طور بالقوه از نور برای ایجاد خواص مصنوعی موادی مانند آهن‌رباهای کوانتومی بسیار پیشرفته استفاده کنند. که در غیر این صورت ایجاد طبیعی آن دشوار یا حتی غیرممکن بوده است.

در آخر باید ذکر کرد که این روش می‌تواند خواص نوری، مغناطیسی و بسیاری دیگر از مواد را تغییر دهد. این یک روش جایگزین برای انجام مطالعات جدید علم مواد است. به‌جای ساختن مواد جدید برای درک خواص مختلف، می‌توانیم فقط یک ماده را برداریم و در نهایت طیف وسیعی از خواص مفید را در آن ایجاد کنیم.

جزئیات بیش‌تر این پروژه تحقیقاتی به‌تازگی در مجله Nature به چاپ رسیده است.

]]> https://iranrasad.com/%d8%a7%db%8c%d8%ac%d8%a7%d8%af-%d9%81%d9%86%d8%a7%d9%88%d8%b1%db%8c-%d8%b3%d8%a7%d8%ae%d8%aa-%d8%a7%db%8c%d9%85%d9%be%d9%84%d9%86%d8%aa-%d8%af%d9%86%d8%af%d8%a7%d9%86%db%8c-%d8%a8%d8%b1-%d9%be/ Mon, 17 Jan 2022 08:30:13 +0000 https://iranrasad.com/?p=14506 فناوری ساخت «ایمپلنت دندانی بر پايه آلياژهای زیرکنیمی بومی» برای اولین بار در جهان به دست دانشمند ایرانی «محسن صراف عضو هیات علمی گروه مهندسی پزشکی دانشگاه اصفهان» ایجاد شد، این دستاورد پایان بيش از یک دهه آزمون‌های درون تن بر پايه مدل‌های حيوانی است.]]>

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش خبرگزاری علم و فناوری، فناوری ساخت «ایمپلنت دندانی بر پايه آلياژهای زیرکنیمی بومی» برای اولین بار در جهان به دست دانشمند ایرانی «محسن صراف عضو هیات علمی گروه مهندسی پزشکی دانشگاه اصفهان» ایجاد شد، این دستاورد پایان بيش از یک دهه آزمون‌های درون تن بر پايه مدل‌های حيوانی است.

ایده خودکفایی در زمينه توليد آلياژهای با گريد پزشکی در کنار مستندات علمی بدست آمده در یک دوره پژوهش ده ساله به همراه بررسی‌های زيست سازگاری و عملکردی بر پايه کاشت اين نوع ايمپلنت در نمونه‌های حيوانی توسط تيم تحقيقاتی دکتر محسن صراف، امروز کشور ما را جزوه معدود کشورهای دارنده چرخه کامل فناوری ساخت ايمپلنت‌های دندانی قرار داده است.

گفتگوی با دکتر محسن صراف

اين دانشمند بسيجی که در کنار فعاليت‌های علمی بيش از سه دهه مسئوليت و فرماندهی پايگاه‌های بسيح را نيز در کارنامه خود دارد در گفتگو با خبرنگار این خبرگزاری با اشاره به این که نياز امروز جامعه ايجاد حس خودباوريی و ريل‌گذاری در جهت تحقق پيشرفت و قدرت ملی است، وظيفه دانشمندان و اساتيد دانشگاه‌ها را تربيت نسلی با انگيزه و جهادگر در تمامی عرصه‌هايی علمی و فنی عنوان کرد تا در گام دوم انقلاب اسلامی با ايجاد جنبش جهاد علمی، راه را براي تحقق تمدن نوين اسلامی هموار نمايند.

وی افزود: در طول دوران خدمت در دانشگاه نیز با شناسايی دقيق گلوگاهها و وابستگیها و محدوديت‌های کشور در حوزه مهندسی پزشکی، تقريبا تمامی پروژه‌ها و رساله‌های دانشجويان ارشد و دکتری را بر پايه رفع اين موارد تعريف نموده تا بر اساس اين تحقيقات فناوری‌های مورد نياز کشور را بومی سازی و متخصصين تراز اين حوزه را در کشور تربيت نمايد.

ایده اختراع «ایمپلنت دندانی زیرکنیومی» چه بوده، چگونه و چه مدت طول کشید تا این دستاورد حاصل شود

عضو هیات علمی گروه مهندسی پزشکی دانشگاه اصفهان با اشاره به موضوع این مصاحبه:  «اختراع ایمپلنت دندانی زیرکنیومی»، گفت: ایده ساخت ایمپلنت‌های زیر کنیومی از آنجایی شروع شد که ما در سال‌های اخير بدليل تمايل بيماران به استفاده از کاشتنی‌های دندانی، با حجم وسيعی از واردات و خروج ارز از کشور روبه‌رو هستيم که بار سنگينی را به اقتصاد کشور تحميل نموده است که متاسفانه افزايش قيمت ارز در چند سال اخير هزينه تمام شده يک کاشتنی دندانی را سرسام‌آور نموده به طوری‌که بسياری از بيماران از عهده پرداخت هزينه‌های آن بر نمی‌آيند، واحدهای توليد داخل نيز بدليل وابستگی جدی به مواد اوليه عملاَ تاثير قابل توجهی در تعديل قيمت اين کالا نتوانستند بگذارند و يا بدليل تحريم‌ها به دليل عدم توفيق واردات تعطيل شده‌اند.

دکتر صراف ادامه داد: این نیاز احساس شد که ما باید روی پایه آلیاژهایی گريد پزشکی که بعنوان ایمپیلنت‌های فلزی در داخل بدن قابل استفاده باشند و در مقايسه با آلياژهای مرسوم دنيا، دوام، عمر و زيست‌سازگاری بيشتری داشته باشتند تمرکز نمائيم تا عوامل خارجي در آينده تاثيری بر توليد اين محصول استراتژيک نداشته باشند.

 این استاد دانشگاه با تاکید بر این که البته برای دستیابی به این فناوری دلایل علمی قویی هم وجود داشت، اظهار کرد:

آلیاژهایی که بصورت مرسوم در دنیا استفاده میشود بخصوص برای ایمپیلنت‌های دندانی آلیازهای تیتانیومی یا خود تیتانیوم خالص تجاری است که سال‌هاست در دنيا و توسط شرکت‌های بزرگ ايمپلنت‌سازی مورد استفاده قرار می‌گيرند.

صراف عنوان کرد: براساس مطالعاتی که ما انجام دادیم مشخص شد که درصدی از ايمپلنت‌های دندانی صرف نظر از شرکت و کشور سازنده به دلیل خصوصیات خود تیتانیوم و آلياژهای آن دچار عيوبی می‌شوند که بعضاً با بروز التهاب‌های حاد و مزمن در بافت فک بيماران در دراز‌مدت  همراه است، در ضمن خوردگی آنها در داخل بدن و يا سایش آنها در بافت‌های مختلف ایجاد التهاب‌های خیلی شدیدی می‌کند که بعد از مدتی خارج نمودن آنها با عمل‌های جراحی دشوار، يک الزام و ضرورت می‌شود که طبیعتاً مستلزم تحميل هزینه‌های گزاف به بيماران و ايجاد ريسک خطر جدی برای سلامتی بیماران است.

وی تصریح کرد: حدود یک دهه بر پايه حل معضلات اشاره شده ايده‌پردازی و کار پژوهش ميدانی انجام شد ‌و با توجه به حساسیت موادی که در داخل بدن به عنوان کاشتنی استفاده میشوند مجبور بوديم تا مداخلات بافتی، خونی، ژنتیکی و سرطان‌زایی را مورد بررسی قرار دهيم.

عضو هیات علمی گروه مهندسی پزشکی دانشگاه اصفهان، تصریح کرد:

در یکی از آلیاژها که کاربرد دو گانه در صنعت پزشکی و هسته‌ای دارد نتايج بسيار مطلوب بود و خوشبختانه با توجه به زير ساخت صنعت در اين حوزه، آلیاژ مورد نظر طراحی و جهت ساخت ايمپلنت‌های دندانی مورد استفاده قرار گرفت.

وی ادامه داد: در فاز نهايی هم تمرکز‌مان را بر روی ارزیابی‌های زیستی و بیولوژیک به کمک مدل‌های حیوانی قرار داديم که نزدیک به یک دهه اینها در بدن نمونه‌های حيوانی کاشته شدند. اخیراَ پس از گذشت یک دهه داده‌های بدست آمده از مطالعات پاتولوژیکی و بافت‌شناسی نشان داد که در طول این مدت طولانی خوشبختانه هيچ گونه عارضه موضعی و سيستمی بوجود نيامده و اين نتايج، سرآغاز ورود کشور به عرصه توليد و طراحی آلياژهای بومی با گريد پزشکی میباشد.

صراف با بیان این که نتایج در رویداهای علمی مختلفی ارائه شده، گفت: اخیرا هم در جشنواره بین‌المللی ایده و اختراع خیام، اين طرح مورد توجه داوران و صاحب‌نظران اين حوزه قرار گرقت و حائز رتبه گرديد که نتايج زحمات تيم‌های مرتبط با اين ايده و طرح بود.

وی تصریح کرد: مباحث خود آلیاژ را با توجه به این که در مرحله پتنت قرار دارد، در آینده ارائه خواهیم کرد.

این خادم بسیج بیان کرد: عنوانی که برای این دستاورد در نظر گرفتیم «طراحی و ساخت ایمپلنت‌های دندانی بومی کشور است» عنوان ملی برای آن انتخاب کردیم چون این فناوری به صورت انحصاری از صفر تا صد در داخل کشور طراحی، تولید و ساخته می‌شود.

صراف ادامه داد: به زودی دستاورد فوق بعد از تاييد و صدور مجوزهای نهادهای نظارتی با همت فعالين صنعت، وارد عرصه تولید انبوه خواهد شد وانشا… ظرف سال آينده مردم بتوانند به صورت ملموس، تبدیل دانش به يک فناوری قابل عرضه که توسط دانشمندان جوان بسيجي بدست آمده را احساس نمايند.

به اميد خدا، هموطنان شريف ما ثمرات علمی و فن آوری انقلاب اسلامی و واژه علم نافع را که يکي از مصاديق دانشگاه تراز انقلاب اسلامی است و در مرز دانش جهان قرار دارد را يکي پس از ديگری در گام دوم انقلاب اسلامی نظاره‌گرخواهند بود.

این استاد دانشگاه اصفهان تصریح کرد: قطعا توليد صنعتی ايمپلنت‌هاي دندانی فوق که بر پايه آلیاژ مدیکال‌گرید بومی خواهد بود از نظر عمر و هزينه تمام شده بسيار رقابتی و دارای ارزش افزوده قابل توجهی براي کشور نيز میباشد.

لطفا درخصوص اشتغال‌زایی، میزان خودکفایی و قیمت نسبت به نمونه خارجی و این که پیش‌‌بینی می‌کنید در طی چه مدت زمانی تولید انبوه این دستاورد بتواند محقق شود؟، توضیحات لازم را بفرمایید.

عضو هیات علمی گروه مهندسی پزشکی دانشگاه اصفهان، تصریح کرد: طبیعتا اگر صنعت هم پای کار بیاید ظرف يک دوره ۶ ماه می‌توانیم فناوری را به تولید انبوه برسانیم و البته دولت هم با رعايت قوانين حذف مجوزهای واردات اميدوارم هستيم پشتيبانی از اين فن‌آوری بومی بعمل آورد. اشتغال‌زایی مستقیم و غیر‌مستقیمی حدود ۲۵۰۰ نفر در کشور را پيش‌بينی میکنيم که البته اين فرصت‌های شغلی با هیچ نوع محدودیت یا تحریمی قابل آسيب ديدن هم نخواهند بود.

 وی گفت:

پیش‌بینی ما این است که اگر به مرحله تولید صنعتی برسد بین یک سوم تا یک پنجم نمونه‌های ایمپلینت‌های خارجی قیمت خواهد داشت که طبیعتا صرفه آن در هزینه‌های درمان و ترمیم بخصوص در حوزه دندانی که الان خیلی مشکل داریم و هزینه زیادی را به سبد خانوار ما تحمیل می‌کند چشمگير است.

ده سال پیوسته روی این دستاورد کارشده/در یک دوره ۶ ماهه می‌توانیم وارد بازار ‌کنیم

وی با تاکید بر لزوم همکاری‌های خوب برای تولید انبوه، تصریح کرد: ده سال است که بصورت پیوسته روی این فناوری کار می‌شود عملا خیلی از موارد را انجام داده‌ایم، و سطح دسترسی فن‌آوری آن در مرحله تجاري‌سازی است و عملاً دانشی است که تبدیل به فناوری قابل عرضه رسيده، داراي نمونه‌های اولیه با تست عملکرد است و تقریبا ۷۰ درصد کار تکمیل شده اگر صنعت پای کار بيايد، نهایتا در یک دوره ۶ ماهه و البته بعد از کسب مجوزات، محصولات را وارد بازار می‌کنیم و زمینه صادرات را هم با کمک تجار و بازرگانان فراهم خواهيم کرد.

چه کشورهایی در منطقه ایمپلنت‌های دندانی را تولید می‌کنند

صراف گفت: در منطقه غرب آسیا تولید کننده‌ای نداریم اگر تولید کننده‌ای هم باشد فناوری‌هایی که استفاده می‌شود بر پایه این آلیاژ نیست. در کشور خودمان هم واحدهای تولید کننده ایمپلنت داریم منتها مسئله اساسی همه آنها وابستگی به مواد پایه و اولیه با گريد پزشکی است؛ حُسنی که این طرح دارد این است که ما را در زمینه فن آوری صددرصد خودکفا و صاحب يک صنعت نوين بومی نموده است.

وی خاطرنشان کرد: نمونه این نوع ايمپلنت دندانی در دنیا وجود ندارد و در کشور هم  برای اولین بار است که بعنوان ایمپیلنت دندانی ارائه می‌گردد.

این استاد دانشگاه در ادامه گفت: امیدواریم که با تحول در نگاه متوليان امر دانش و پژوهش کشور، مسير دانشگاه‌ها با درک شرايط کشور  به سمت رفع نيازهای اساسی کشور و دستيابی به دانش، علوم و فن آوریهای قابل استفاده متمايل شود. قطعا هم مردم و هم صنعت هم با اين تغيير نگرش همراهی و همدلی خواهند نمود.

به نظر شما با سبقه چند دهه فعالیت در بسیج نقش بسیج در مبحث علم و فناوری چگونه کارساز است؟

وی بیان کرد:

از زمانی که وارد دانشگاه شدم با همین نیت به مسائل علمی حوزه تخصصی‌ام ورود کرده‌ام. در اين راه هم سعی شد تا یک گفتمان جدیدی را در حوزه مهندسی پزشکی که حوزه تخصصی بنده است پايه‌گذاری نمائيم.در قدم نخست، توجه زيادی به ايجاد جاذبه و فرهنگ کار علمی جهادی براي رفع محدوديت‌ها و وابستگی‌ها در بين دانشجويانم نمودم که تشکيل تيم‌های دانشجويی جهاد علمی از مصاديق آن می‌باشد. ثانيا با شناخت مسئولانه نيازهای کشور در حوزه تخصصي‌ام و به‌دور از انتظارات مادی، ظرفيت‌های دانشگاه را با تکيه بر همان روحيه بسيجی به  سمت رفع آن نيازها به کار گرفته‌ام.

این استاد دانشگاه خاطرنشان کرد:

 باور دارم که رمز رسيدن به اهداف متعالی انقلاب در حوزه علمی و فنی اولا توکل به خدا، ثانيا تبعيت از ولی و رهنمودهای رهبر عزيزمان و ثالثا جهاد، صبر و استقامت و اميد بخشی به نسل جوان دانشجو است، که در اين مورد نياز به فرهنگ‌سازی و عموميت‌بخشی در تمامی ارکان دانشگاه‌ها داريم

وی تاکید کرد: دولت نيز بايد به رسالت خود در تدوين و اجراي سياست‌های علمی و فني مبتنی بر پايه رفع وابستگی‌ها اهتمام عالمانه و جدی تری داشته باشد.

صراف اظهار کرد: الحمدالله بدنه دانشگاه‌ها امروز آماده جهش علمی و فن‌آوری است اما هنوز گفتمان و نرم افزار آن که می‌بايست توسط متوليان اين امر تدوين و به اجرا گذاشته شود محقق نشده که البته ورود موثر اساتيد بسيجی و دغدغه‌مند به عرصه سياست‌گذاری و فرهنگ‌سازی اين مشکل را نيز حل خواهد کرد و به لطف خون شهدا، رهنمودهای رهبر فرزانه انقلاب و ايثار مجاهدان انقلاب اسلامي پيشرفت علمی کشور زمينه‌ساز تحقق تمدن نوين اسلامی در کوتاه‌ترين زمان را محقق خواهد نمود.