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.

پایگاه اطلاع سانی ایران رصد، به نقل از از تارنمای تایمز. محققان انگلیسی نوعی کاغذ دیواری نانویی تقویت شده با گرافن برای گرمایش داخل ساختمان را مورد آزمایش و ارزیابی قرار دادند. در این برنامه آزمایشی، ۴۵ ساختمان مورد بررسی قرار گرفت تا عملکرد نوعی کاغذ دیواری مادون قرمز حاوی گرافن از نظر میزان گرمایش داخل ساختمان در بوته آزمایش قرار گیرد. این فناوری با قدرت گرمایشی ایجاد شده باعث حل مشکل نشت گرما و نقص عملکرد عایق‌های ساختمانی می‌شود.

عملکرد

این کاغذ دیواری ساخت شرکت نکسجین هیتینگ (NexGen Heating) است. آن می‌تواند با نشر پرتوهای مادون قرمز به گرم شدن داخل ساختمان کمک کند. این کار شبیه به کاری است که نور خورشید در ساختمان انجام می‌دهد. این فناوری هم کارایی بالایی دارد و هم قابلیت شخصی‌سازی داشته و می‌توان آن را برای هر اتاق به صورت جداگانه تنظیم کرد.

این فناوری نوید محصولی بی‌نظیر برای خانه‌ها را می‌دهد که قابلیت ادغام با پنل‌های خورشیدی را دارد. آن می‌تواند سنگ‌بنای یک زندگی پایدار باشد و به شکل قابل ملاحظه‌ای مصرف سوخت را کاهش دهد.

محققان به سرپرستی دکتر مایک سیبرت به دنبال استفاده از فناوری مادون قرمز هستند تا نیاز به منابع گرمایی سوختی سنتی را در این کشور کاهش دهد. این کاغذدیواری حرارتی با حفظ گرما و آزاد کردن آن به آرامی، یک راه‌حل امیدوارکننده برای گرمایش سبز است.

سیبرت در این زمینه گفت :

هر آنچه که تاکنون به آن رسیدیم، مثبت است. مزیت سلامتی، هزینه کم، مزایای کاهش انتشار کربن از جمله نقاط مثبت این فناوری است. یافتن جنبه منفی در این فناوری بسیار سخت است.

وی افزود:

گرافن موجود در کاغذ دیواری هنگام تغذیه با دو نوار مسی، امواج مادون قرمز منتشر می‌کند. این کاغذ دیواری را می‌توان تحت شرایطی برش زد و از آن مطابق با دکوراسیون و نقاشی اتاق استفاده کرد.

به گفته کریس پریک رییس انجمن مسکن جامعه ناتینگهام (NCHA) این فناوری در خانه‌های قدیمی موجب کاهش سوخت‌های فسیلی می شود و ساکنان این خانه ها را وادار می کند که به گرمایش برقی سبز رو بیاورند.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از نیو اطلس، موچین نوری سامانه‌ای برای به دام اندازی اتم های منفرد است که می‌توانند راه را برای دستگاه‌های کوانتومی قدرتمند هموار کنند. اکنون محققان طرحی ساده‌تر و کوچک‌تر برای “موچین‌های نوری” ابداع کرده‌اند که از عدسی‌های فراسطحی با میلیون‌ها ستون کوچک استفاده می‌کند. با توجه به اندازه کوچک آنها، دیدن و دستکاری اتم‌های منفرد بسیار دشوار است. اما یافتن راه‌هایی برای انجام این کار بسیار مفید خواهد بود.

اختراع لیزر در دهه ۱۹۶۰ در نهایت منجر به این یافته شد. که فشار تابش نور می‌تواند برای به دام انداختن ذرات، اتم‌ها و حتی باکتری‌های زنده مهار شود.

“موچین نوری” در دهه ۱۹۸۰ متولد شدند و سازندگان آنها جایزه نوبل فیزیک را در سال ۲۰۱۸ به خانه بردند.

به همان اندازه که این ابزارهای ساخته شده از نور، قدرتمند بوده‌اند. به عدسی‌های نسبتاً بزرگی در مقیاس سانتی‌متری نیاز دارند و با استفاده از سیستم‌های میکروسکوپی مجزا از اتم‌ها تصویربرداری می‌کنند. اما این سیستم‌ها نمی‌توانند در خلاء که اتم‌ها در آن نگه داشته شده و به دام افتاده‌اند، کار کنند.

اکنون دانشمندان موسسه ملی استاندارد و فناوری(NIST) و موسسه “جیلا”(JILA) برای مطالعه جدید خود، نوع جدیدی از موچین‌های نوری را توسعه داده‌اند که هر دو مشکل را حل می‌کند.

این طراحی جدید از یک مربع شیشه‌ای ۴ میلی‌متری(۰.۲ اینچی) استفاده می‌کند که با ستون‌های ریز سیلیکونی که هر کدام چند صد نانومتر ارتفاع دارند، حکاکی شده است. این یک فراسطح را تشکیل می‌دهد که دقیقاً نور لیزر ورودی را تنظیم می‌کند. و آن را روی ابری از اتم‌ها در خلاء متمرکز می‌کند و یکی را برای به دام انداختن جدا می‌کند.

روش کار سامانه موچین نوری

این سیستم به روشی بسیار هوشمندانه کار می‌کند. ابتدا نور لیزر به صورت یک موجِ مسطح ساطع می‌شود. به این معنی که به صورت یک سری صفحات مسطح حرکت می‌کند. هنگامی که این صفحات به فراسطح برخورد می‌کنند. نانوستون‌ها امواج نور را به موج‌هایی کوچک‌تر تبدیل می‌کنند که کمی با یکدیگر هماهنگ نیستند و در زمان‌های مختلف به اوج خود می‌رسند. این ساختار باعث می‌شود که موج‌های کوچک یا موجک‌ها با یکدیگر تداخل داشته باشند. و به طور موثر تمام انرژی خود را در یک نقطه بسیار ظریف متمرکز کنند و اتمی که در آن نقطه است را به دام می‌اندازند.

با برخورد امواج صافی که از زوایای مختلف به فراسطح می‌آیند، موجک‌ها را می‌توان بر روی نقاط مختلف متمرکز کرد. آن به موچین نوری اجازه می‌دهد تا چندین اتم منفرد را به ‌طور همزمان به دام بیندازد. برخلاف سیستم‌های موجود، این کار را می‌توان درست در داخل محفظه خلاء که اتم‌های هدف در آن نگهداری می‌شوند، انجام داد. و به هیچ قطعه متحرکی نیز نیاز ندارد.

آزمایشات تیم تحقیقاتی موچین نوری

این تیم تحقیقاتی در آزمایشات خود با به دام انداختن ۹ اتم روبیدیم به طور جداگانه و نگه داشتن روی هر یک برای حدود ۱۰ ثانیه، کارایی فراسطح را نشان دادند. محققان اتم‌های به دام افتاده را با ضربه زدن به آنها با منبع نور جداگانه‌ای که آنها را درخشان می‌کرد، ردیابی کردند. و این مزیت دیگر سیستم جدید آنها را نشان داد. این مزیت که فراسطح می‌تواند اساساً به صورت معکوس نیز کار کند و فلورسانس ساطع شده از اتم‌ها را جمع آوری کند و آن را به یک دوربین خارجی برای تصویربرداری از اتم‌ها هدایت کند.

محققان می‌گویند که این سیستم جدید می‌تواند با میدان دید بزرگ‌تر یا چند فراسطح که به صورت هماهنگ کار می‌کنند، بزرگ‌تر شود و به آنها اجازه می‌دهد صدها اتم را به طور بالقوه جذب و دستکاری کنند.

این کار می‌تواند اساس حافظه رایانه کوانتومی را تشکیل دهد، جایی که داده‌ها در حالت‌های کوانتومی هر اتم پردازش و ذخیره می‌شوند.

این مطالعه در مجله PRX Quantum منتشر شده است.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش ایسنا و به نقل از نیو اطلس، بخش قابل توجهی از انرژی برای گرمایش و سرمایش خانه‌ها و ساختمان‌ها مصرف می‌شود؛ بنابراین یافتن راه‌های جدیدی برای تنظیم کردن دما مهم است. مهندسان چینی و آلمانی، یک فوم جدید مبتنی بر چوب ساخته‌اند که می‌تواند ساختمان‌ها را خنک کند و به راحتی قابل تنظیم کردن باشد.

تهویه مطبوع، موثر است اما بهترین روش دوست‌دار محیط زیست برای خنک کردن هوا نیست. دانشمندان در سال‌های اخیر، در حال توسعه روش‌هایی بوده‌اند که الکتریسیته زیادی را مصرف نمی‌کنند؛ از جمله رنگ‌های فوق‌سفید یا پوشش‌های آینه‌ای که نور خورشید را منعکس می‌کنند و سیستم‌های خنک‌کننده تابشی که گرمای ساختمان را به صورت امواج فروسرخ به آسمان باز می‌گردانند.

با وجود این، اثربخشی این سیستم‌ها در شرایط مختلف می‌تواند متفاوت باشد. به عنوان نمونه، اگر هوا گرم یا مرطوب باشد، پوشش‌های انعکاسی می‌توانند همچنان گرما را وارد کنند. این در حالی است که اگر هوا ابری باشد، خنک‌کننده تشعشعی به خوبی کار نمی‌کند. تنظیم سطح خنک‌کننده نیز ممکن است دشوار باشد.

عایقی از جنس نانوبلورهای سلولزی

دانشمندان “دانشگاه گوتینگن” (University of Göttingen) آلمان و “دانشگاه جنگل‌داری نانجینگ” (NFU) چین، ماده جدیدی را ابداع کرده‌اند که باور دارند می‌تواند برخی از این مشکلات را حل کند. این ماده، نوعی فوم ساخته‌شده از چوب است که نور خورشید را منعکس می‌کند، عملکرد یک عایق حرارتی را دارد و گرمای جذب‌شده را به جو باز می‌گرداند.

این ماده، از نانوبلورهای سلولزی ساخته شده است که با پلی از جنس “سیلان” (silane) به یکدیگر متصل شده و سپس به صورت یخ خشک‌شده در می‌آیند و به یک فوم سفید و سبک‌وزن تبدیل می‌شوند. محصول نهایی، ۹۶ درصد از نور مرئی خورشید را منعکس می‌کند و ۹۲ درصد از اشعه مادون قرمز جذب‌شده را ساطع می‌کند.

پژوهشگران برای آزمایش توانایی خنک‌کنندگی این ماده، آن را روی جعبه‌ای قرار دادند که داخل آن با فویل آلومینیومی پوشانده شده بود. و هنگام ظهر، آن را زیر نور مستقیم خورشید قرار دادند. این ماده، محیط داخل جعبه را تا ۹.۲ درجه سلسیوس خنک‌تر از هوای بیرون نگه داشت. و حتی در هوای مرطوب نیز توانست فضای داخلی را تا ۷.۴ درجه سلسیوس خنک‌تر نگه دارد. پژوهشگران باور دارند که اگر این ماده در مقیاس بزرگتر برای پوشاندن سقف و دیوارهای ساختمان تهیه شود، می‌تواند به طور میانگین ۳۵ درصد از انرژی مورد نیاز برای خنک‌سازی را کاهش دهد.

قدرت خنک‌کنندگی

جالب‌تر از همه این که قدرت خنک‌کنندگی این ماده در صورت فشرده شدن، کاهش می‌یابد. این ویژگی ممکن است یک نقطه ضعف به نظر برسد. اما پژوهشگران می‌گویند که فشردن فوم می‌تواند روشی سودمند برای تنظیم دقیق مقدار خنک‌کننده در شرایط جوی یا محیطی باشد.

به گفته پژوهشگران، این فوم خنک‌کننده جدید در نهایت می‌تواند راه را برای ابداع مواد تنظیم‌کننده حرارتی هموار کند. که نه تنها با محیط زیست سازگار هستند، بلکه هزینه انرژی مصرفی برای خنک‌سازی را نیز کاهش می‌دهند.

این پژوهش، در مجله “Nano Letters” به چاپ رسید.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، براساس اطلاعات منتشر شده در پایگاه استت نانو، در پایان سال ۲۰۲۱ در مجموع ۲۳ هزار و ۷۵۰ اختراع مرتبط با فناوری نانو در اداره ثبت اختراعات و نشان تجاری آمریکا (USPTO) ثبت شده است. نزدیک به نیمی از درخواست های ثبت پتنت در این اداره متعلق به کشور آمریکا است. چین، کره جنوبی، ژاپن و تایوان کشورهای بعدی در این رده‌بندی هستند.

ایران در سال ۲۰۲۱ تعداد ۵۵ اختراع در حوزه فناوری نانو در اداره ثبت اختراع آمریکا منتشر کرده است. که از این تعداد ۲۱ مورد اختراع به ثبت نهایی رسیده (پتنت) و تعداد ۳۴ مورد درخواست ثبت اختراع منتشر شده هستند. ایران در هر دو شاخص در سال گذشته میلادی در رتبه بیست سوم قرار دارد.

بر اساس تعریف استاندارد (ISO/TS ۱۸۱۱۰) اختراعاتی در حوزه فناوری نانو قرار می‌گیرند. که حداقل دارای یک ادعا (Claim) مرتبط با فناوری نانو باشند. یا بر اساس کدهای طبقه‌بندی IPC دارای کد مرتبط با حوزه فناوری نانو باشند. بر اساس بررسی آماری انجام شده از بانک داده اوربیت (Orbit) مشخص شد که در سال ۲۰۲۱ مجموع  ۲۳ هزار و ۷۵۰ اختراع در زمینه فناوری نانو در اداره ثبت اختراع آمریکا ثبت شده‌اند. که نسبت به سال گذشته  آن حدود ۶ درصد رشد داشته است.

از این تعداد، ۱۴ هزار و ۴۴ مورد درخواست ثبت اختراع منتشر شده و ۹ هزار و ۷۰۵ مورد پتنت گرنت شده هستند.

آمریکا حدود ۴۷ درصد از اختراعات نانوی اداره ثبت اختراعات و نشان تجاری آمریکا را به خود اختصاص داده است. نکته جالب در سال ۲۰۲۱ پیشی گرفتن چین از رقبای منطقه‌ای خود در ثبت اختراعات نانو در این اداره است. بطوری که چین با هزار و ۶۰۰ درخواست اختراع نانو( ۱۱.۴ درصد) جلوتر از کره جنوبی و ژاپن در رده دوم قرار گرفته است.

براساس گزارش ستاد ویژه فناوری نانو، در جدول زیر تعداد درخواست‌های ثبت اختراع منتتشر شده توسط ۲۰ کشور برتر در حوزه فناوری نانو در اداره ثبت اختراعات و نشان تجاری آمریکا USPTO در سال ۲۰۲۱ همچنین سهم اخترعات نانوی این کشورها از کل اخترعات ثبت شده آنها در  اداره ثبت اختراعات و نشان تجاری آمریکا آورده شده است.

ایران در این جدول در رتبه ۲۳ قرار دارد.  نکته قابل توجه در این جدول توجه ویژه کشورهای آسیایی از جمله عربستان، چین، کره جنوبی و تایوان در مقایسه با کشورهای آمریکایی و حتی اروپایی است. حدود ۱۶ درصد از اختراعات عربستان در USPTO در حوزه فناوری نانو است و در این شاخص ایران با ۳۳ درصد بالاترین سهم را دارد،

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش ایسنا و به نقل از نانومگزین، پژوهشگران موسسه نانو و دانشکده شیمی “دانشگاه سیدنی”(University of Sydney) نشان داده‌اند که نانوحباب های کوچک گاز در شرایط غیرمنتظره‌ای روی سطح شکل می‌گیرند و روش جدیدی را برای کاهش نیروی کششی دستگاه‌های کوچک مقیاس ارائه می‌کنند.

کشش مایع درون میکرودستگاه‌ها می‌تواند به رسوب داخلی منجر شود که انباشته شدن ناخواسته مواد بیولوژیکی است یا به دلیل فشار بالا، به نمونه‌های بیولوژیکی مانند سلول‌ها آسیب برساند. بنابراین، این کشف جدید می‌تواند راه را برای توسعه دستگاه‌های تشخیص پزشکی بهتری مانند دستگاه‌های آزمایشگاهی روی تراشه که تجزیه و تحلیل DNA را انجام می‌دهند یا برای تشخیص عوامل بیماری‌زا به کار می‌روند، هموار کند.

پروفسور “چیاران نتو”(Chiara Neto)، سرپرست این پروژه و گروهش، پوشش‌های چروک‌دار نانو مهندسی‌ شده‌ای را ابداع کردند. که در مقایسه با سطوح جامد صاف، کشش را تا ۳۸ درصد کاهش می‌دهند. زمانی که یک روان‌کننده به پوشش‌های لغزنده تزریق می‌شود، پوشش در برابر رسوب زیستی نیز بسیار مقاوم می‌گردد.

پژوهشگران با استفاده از “میکروسکوپ نیروی اتمی”(AFM) که یک میکروسکوپ روبشی با وضوح بسیار بالا است. دریافتند مایعاتی که از کانال‌های ریزساختاربندی‌شده عبور می‌کنند. به دلیل تشکیل خود به‌ خود نانوحباب‌ها می‌توانند با اصطکاک کمتری بلغزند. این پدیده پیش از این هرگز شرح داده نشده بود.

کاربردهای پزشکی احتمالی نانوحباب ها

بسیاری از ابزارهای تشخیصی پزشکی، بر تجزیه و تحلیل کوچک مقیاس مقادیر کمی از مواد بیولوژیکی و سایر مواد مایع متکی هستند. این دستگاه‌های میکروسیال، از ریزکانال‌ها و ریزراکتورها استفاده می‌کنند که در آنها واکنش‌هایی که معمولا در مقیاس بزرگ در آزمایشگاه‌های شیمی انجام می‌شوند، در مقیاس کوچک انجام می‌گیرند.

تجزیه و تحلیل حجم بسیار کمتری از مواد، تشخیص سریع‌تر و کارآمدتر را امکان‌پذیر می‌کند. با وجود این، مشکل دستگاه‌های میکروسیال این است که جریان سیال به طور چشمگیری در اثر اصطکاک مایع با دیواره‌های جامد کانال‌ها کاهش می یابد و یک کشش هیدرودینامیکی بزرگ ایجاد می‌کند. دستگاه‌ها برای غلبه بر این موضوع، فشار زیادی را برای هدایت جریان اعمال می‌کنند.

فشار بالای داخل این دستگاه‌ها به نوبه خود نه تنها کارآمد نیست، بلکه می‌تواند به نمونه‌های ظریف دستگاه مانند سلول‌ها و سایر مواد نرم آسیب برساند. علاوه بر این، دیواره‌های جامد به راحتی توسط مولکول‌ها یا باکتری‌های بیولوژیکی آلوده می‌شوند که تخریب فوری از طریق رسوب زیستی را در پی دارد.

یک راه حل برای هر دو مشکل، استفاده از سطوحی است که در آنها منافذ نانومقیاس، مقادیر کمی از یک روان‌کننده را به دام می‌اندازند و یک رابط مایع لغزنده را تشکیل می‌دهند که کشش هیدرودینامیکی را کاهش می‌دهد و از رسوب زیستی سطح جلوگیری می‌کند.

سطوحی که مایع به آنها تزریق ‌شده است. دیواره جامد را با دیواره مایع جایگزین می‌کنند و اجازه می‌دهند تا مایع دوم با اصطکاک کمتری جریان یابد و به فشار کمتری نیاز داشته باشد. با وجود این، مکانیسم عملکرد این سطوح به درستی درک نشده است. زیرا کاهش اصطکاک این سطوح، ۵۰ برابر بیشتر از آن چیزی گزارش شده است که انتظار می رود.

نانوحباب ها

پروفسور نتو و گروهش با توسعه پوشش‌های چروک‌دار نانومهندسی‌شده که کشش را تا ۳۸ درصد کاهش می‌دهند. توضیح داده‌اند که این دیواره‌ها چگونه روی دستگاه‌های میکروسیال تشکیل می‌شوند.

این گروه پژوهشی با انجام دادن اندازه‌گیری‌های میکروسیال نشان دادند که سطوح لغزنده جدید نسبت به سطوح جامد، کشش را تا اندازه‌ای کاهش می‌دهند. که معمولا تنها در صورتی انتظار می‌رود که به جای روان‌کننده چسبناک، هوا به سطح تزریق شود. از آنجا که پژوهشگران از کاهش کشش راضی نبودند، برای ارائه مکانیسمی تلاش کردند که باعث لغزش سطوح می‌شود.

پژوهشگران این کار را با اسکن سطوح زیر آب و با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی انجام دادند. آنها توانستند از تشکیل خود به ‌خود نانوحباب هایی که تنها ۱۰۰ نانومتر ارتفاع دارند، تصویربرداری کنند. حضور آنها از نظر کمی می‌تواند لغزش قابل توجه مشاهده‌شده در جریان میکروسیال را توضیح دهد.

نتو افزود: هدف ما این است که مکانیسم اساسی کار این سطوح را درک کنیم. کاربرد آنها را به ویژه برای بهره‌وری انرژی افزایش دهیم. اکنون که می‌دانیم چرا این سطوح لغزنده هستند و کشش را کاهش می‌دهند. می‌توانیم آنها را به طور ویژه‌ای طراحی کنیم تا انرژی مورد نیاز برای هدایت جریان در هندسه‌های محدود و کاهش رسوب را به حداقل برسانیم.

این پژوهش، در مجله “Nature Communications” به چاپ رسید.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش ایسنا و به نقل از نانومگزین، پانسمان‌های کوچکی که از طریق نانو ژنراتور ها در واکنش به حرکت می‌توانند الکتریسیته تولید کنند، بهبود زخم و بازسازی بافت را سرعت می‌بخشند.

فرآیند طبیعی بهبود زخم، تعاملات پیچیده بین یون‌ها، سلول‌ها، رگ‌های خونی، ژن‌ها و سیستم ایمنی را در بر دارد که هر کدام از عوامل توسط یک توالی از رویدادهای مولکولی تحریک می‌شوند.

یک بخش جدایی‌ناپذیر از این فرآیند، تولید یک میدان الکتریکی ضعیف توسط اپیتلیوم آسیب‌دیده را شامل می‌شود. آن لایه‌ای از سلول‌های پوشاننده بافت است. میدان الکتریکی، نقش مهمی در هدایت سلول و تشکیل رگ‌های خونی در ناحیه مورد نظر دارد.

دانشمندان در اواسط تا اواخر دهه ۱۹۰۰ کشف کردند که تحریک بافت به واسطه یک میدان الکتریکی می‌تواند بهبود زخم را تقویت کند. پژوهش‌های کنونی در این زمینه اکنون بر توسعه برچسب‌های کوچک، پوشیدنی و ارزان‌قیمت متمرکز شده‌اند. آنها توسط تجهیزات الکتریکی بیرونی تحت فشار نیستند.

نانو ژنراتور های پیزوالکتریک

این کار، به انجام گرفتن بررسی‌هایی در مورد مواد طبیعی مانند کریستال، ابریشم، چوب، استخوان، مو، لاستیک و مواد مصنوعی مانند سرامیک و پلیمرها منجر شده است. زمانی که این مواد در معرض تنش مکانیکی قرار می‌گیرند، جریان الکتریکی تولید می‌کنند. نانو ژنراتورهای توسعه‌ یافته با استفاده از مواد مصنوعی، بسیار امیدوارکننده هستند.

برای نمونه، برخی از گروه‌های پژوهشی در حال بررسی استفاده از نانوژنراتورهای پیزوالکتریک ساخته‌شده با نانومیله‌های اکسید روی هستند. تا بهبود زخم را سرعت بدهند. اکسید روی این مزیت را دارد که پیزوالکتریک و زیست‌سازگار است. نانوژنراتورهای پیزوالکتریک و سایر نانومولدهای پیزوالکتریک، نتایج امیدوارکننده‌ای را در بررسی‌های آزمایشگاهی و حیوانی نشان داده‌اند.

نانو ژنراتور تریبوالکتریک

دستگاه دیگری موسوم به “نانوژنراتور تریبوالکتریک”(TENG)، هنگامی که دو ماده واسط با یکدیگر در تماس قرار می‌گیرند. جریان الکتریکی تولید می‌کند. دانشمندان با کمک این دستگاه‌ها، تولید الکتریسیته از حرکات تنفسی را آزمایش کرده‌اند. یکی از این آزمایش‌ها، سرعت بخشیدن به بهبود زخم در موش‌ها است.

همچنین، آنها برچسب‌های نانوژنراتور تریبوالکتریک را با آنتی‌بیوتیک بارگذاری کرده‌اند تا با درمان موضعی عفونت، بهبود زخم را ساده‌تر کنند.

“زونگ هونگ لین”(Zong-Hong Lin)، پژوهشگر “دانشگاه ملی چینهوا”(NTHU) گفت:

نانوژنراتورهای پیزوالکتریک و تریبوالکتریک به دلیل وزن سبک، انعطاف‌پذیری، خاصیت ارتجاعی و زیست‌سازگاری، گزینه‌هایی عالی برای ترمیم زخم هستند.

اما هنوز چندین مانع برای کاربرد بالینی آنها وجود دارد. به عنوان نمونه، آنها هنوز باید سفارشی‌سازی شوند تا اندازه متناسبی داشته باشند. زیرا ابعاد زخم بسیار متفاوت است. همچنین آنها باید بتوانند محکم بچسبند. بدون این که تحت تأثیر مایعاتی که به طور طبیعی از زخم‌ها بیرون می‌ریزند، خورده شوند.

لین اضافه کرد: هدف آینده ما، توسعه سیستم‌های پانسمان مقرون به صرفه و بسیار کارآمد برای کاربردهای بالینی است.

این پژوهش، در مجله “Science and Technology of Advanced Materials” به چاپ رسید.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش ایسنا و به نقل از نانومگزین، پژوهشگران “دانشگاه پنسیلوانیا”(UPenn)، روش جدید و موثری ارائه داده‌اند. که اجازه نمی‌دهد پروتئین‌های بدن با نانوداروها مانند مهاجمان بیگانه رفتار کنند. در این روش، نانوداروها با یک پوشش احاطه می‌شوند. تا واکنش ایمنی که می‌تواند تاثیر درمان را از بین ببرد، سرکوب کنند.

هنگامی که نانوذرات اصلاح‌نشده به جریان خون تزریق می‌شوند. توسط عناصری از سیستم ایمنی موسوم به پروتئین‌های مکمل مورد هجوم قرار می‌گیرند که به بروز واکنش التهابی منجر می‌شود. و اجازه نمی‌دهد که نانوذرات به اهداف درمانی خود در بدن برسند. سایر پژوهشگران، روش‌هایی را برای کاهش دادن این مشکل ابداع کرده‌اند. اما پژوهشگران دانشگاه پنسیلوانیا، بهترین روش را ارائه داده‌اند. روش آنها، پوشاندن نانوذرات با سرکوب‌کننده‌های طبیعی پروتئین‌های مکمل است.

نانوذرات، کپسول‌های کوچکی هستند که معمولا از پروتئین‌ها یا مولکول‌های مبتنی بر چربی ساخته شده‌اند. و مانند وسیله‌ای برای انتقال دادن انواع خاصی از درمان یا واکسن‌ عمل می‌کنند. شناخته‌ شده‌ترین نمونه‌ داروهای تحویل‌ داده شده با نانوذرات، واکسن‌های مبتنی بر آران‌ای پیام‌رسان برای مقابله با کووید-۱۹ هستند. “جیکوب برنر”(Jacob Brenner)، از پژوهشگران این پروژه گفت: این یکی از فناوری‌هایی است که فوری و بهتر از حد انتظار عمل می‌کند.

حمله پروتئین‌های مکمل

درمان‌های مبتنی بر آران‌ای یا DNA معمولا به سیستم‌های انتقال نیاز دارند. تا آنها را از طریق جریان خون به اندام‌های مورد نظر برسانند. ویروس‌های بی‌ضرر اغلب به‌ عنوان حامل یا ناقل این درمان‌ها استفاده می‌شوند. اما نانوذرات، جایگزین‌های ایمن‌تری هستند. همچنین، نانوذرات را می‌توان با پادتن‌ها یا مولکول‌های دیگری که به آنها کمک می‌کنند تا دقیقا روی بافت‌های مورد نظر قرار بگیرند، برچسب‌گذاری کرد.

به رغم امیدبخش بودن پزشکی مبتنی بر نانوذرات، این روش به دلیل مشکل حمله پروتئین‌های مکمل، بسیار محدود شده است. پروتئین‌های مکمل، با نانوذرات به ‌گونه‌ای رفتار می‌کنند که گویی باکتری‌ هستند. آنها بلافاصله سطوح نانوذرات را می‌پوشانند و گلبول‌های سفید را احضار می‌کنند تا مهاجمان را ببلعند.

پژوهشگران تلاش کرده‌اند تا از راه پوشاندن نانوذرات با مولکول‌های استتارکننده، این مشکل را کاهش دهند. برای نمونه، ترکیب آلی “پلی‌اتیلن گلیکول”(PEG)، مولکول‌های آب را جذب می‌کند. تا یک پوسته آبکی و محافظ را در اطراف نانوذرات تشکیل دهد.

در هر حال، نانوذرات استتار شده با پلی‌اتیلن گلیکول یا سایر مواد محافظ، هنوز هم کمی در معرض حمله پروتئین‌های مکمل قرار دارند. به طور کلی، داروهای مبتنی بر نانوذرات که باید در جریان خون حرکت کنند تا کار خود را انجام دهند. کارآیی بسیار پایینی معمولا کمتر از یک درصد در رسیدن به اندام‌های مورد نظر خود داشته‌اند.

یک راهبرد جایگزین

پژوهشگران در این پروژه، یک راهبرد جایگزین را برای محافظت از نانوذرات ارائه کرده‌اند. این راهبرد مبتنی بر پروتئین‌های طبیعی مهارکننده مکمل است که در خون گردش می‌کنند. و به سلول‌های انسانی متصل می‌شوند. تا از آنها در برابر حمله پروتئین‌های مکمل محافظت کنند.

پژوهشگران در بررسی‌های آزمایشگاهی دریافتند که پوشاندن نانوذرات استاندارد با پلی‌اتیلن گلیکول یا با یکی از مهارکننده‌های مکمل موسوم به “فاکتور I” یا (Factor I)، محافظت بسیار بهتری را در برابر حمله مکمل‌ها ایجاد می‌کند. در موش‌ها، همین راهبرد توانست طول عمر نانوذرات استاندارد در جریان خون را افزایش دهد و به تعداد بیشتری از آنها امکان داد تا به اهداف خود برسند.

“جیکوب میرسون”(Jacob Myerson)، از پژوهشگران این پروژه گفت:

بسیاری از باکتری‌ها نیز برای محافظت در برابر حمله مکمل‌ها، خود را با این عوامل می‌پوشانند. بنابراین، ما تصمیم گرفتیم که این راهبرد را برای محافظت از نانوذرات به کار بگیریم.

پژوهشگران در مجموعه‌ای از آزمایش‌ها روی موش‌های مبتلا به بیماری‌های التهابی شدید نشان دادند. که اتصال فاکتور I به نانوذرات، از بروز واکنش بیش از اندازه آلرژیک که می‌تواند کشنده باشد، جلوگیری می‌کند.

پیش از به کار بردن نانوداروهای حاوی فاکتور I در انسان، باید آزمایش‌های بیشتری انجام شوند. اما به گفته پژوهشگران، اتصال پروتئین سرکوب‌کننده مکمل می‌تواند نانوذرات را به عنوان وسایل انتقال درمان، ایمن‌تر و کارآمدتر کند. تا بتوان از آنها حتی در موارد ابتلا به بیماری شدید استفاده کرد.

پژوهشگران در نظر دارند تا راهبردهایی را نه تنها برای محافظت از نانوداروها، بلکه برای محافظت از تجهیزات پزشکی مانند کاتترها، استنت‌ها و لوله‌های دیالیز که در معرض حمله مکمل‌ها قرار دارند، توسعه دهند. آنها همچنین قصد دارند پروتئین‌های محافظ دیگری را در کنار فاکتور I بررسی کنند.

بنر گفت: ما اکنون متوجه شده‌ایم که جهان کاملی از پروتئین‌ها وجود دارد که می‌توانیم آنها را روی سطح نانوذرات قرار دهیم تا از نانوذرات در برابر حمله ایمنی محافظت کنیم.

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

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش ایسنا، مهندس ناصر مسلمی، مدیر کارخانه یکی از شرکت‌های دانش‌بنیان فعال در حوزه تصفیه آب،  دستگاه تصفیه آب شور و تبدیل آن به آب شیرین را از محصولات این شرکت دانست. و گفت: غشاء این دستگاه تصفیه آب شور در بخش تحقیق و توسعه این شرکت دانش‌بنیان طراحی شده است. و از آن در مناطقی که آب‌های شور دارند، مانند کویرها می‌توان استفاده کرد.

وی تاکید کرد:

در واقع این دستگاه قابلیت تولید آب شیرین از آب‌های شور را دارد. بنابراین این دستگاه برای اقلیم‌هایی که آب در آن مناطق شور است، می‌تواند به تامین آب آشامیدنی کمک کند.

بهاره کاویانی، مدیرعامل این شرکت نیز با بیان اینکه از سال ۱۳۸۶ با هدف توسعه فناوری‌های جدید به منظور تولید نانو مواد، فعالیت خود را آغاز کردیم. ادامه داد: دستگاه نانو کلوئید ساز، گرانول جاذب آرسنیک آب، دستگاه حباب ساز نانویی (نانو کویتاسیون) و گرانول حاوی نانواشیاء α-FeOOH به عنوان جاذب آرسنیک از جمله محصولات نانویی این شرکت است. و ما به‌ طور میانگین توانایی تولید ۲ تن گرانول جاذب آرسنیک را در ماه داریم.

به نقل از ستاد نانو، کاویانی افزود:

در حال حاضر به فناوری جدیدی در تصفیه پساب‌های رنگی دست پیدا کردیم. و اولین پایلوت موفق این فناوری را نیز در چین پیاده‌سازی کردیم.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، ایسنا و به نقل از نانومگزین، شاید یک نانوذره جدید بتواند کار بزرگی را در حوزه شیمی انجام دهد. “کارل بروزک”(Carl Brozek)، شیمی‌دان “دانشگاه اورگن”(University of Oregon) آمریکا و گروهش، نوعی ماده متخلخل همه‌کاره موسوم به “چارچوب فلزی-آلی”(MOF) را به نانوکریستال‌ها تبدیل کرده‌اند. تا استفاده از آنها فراتر از کاربردهای آزمایشگاهی، آسان‌تر شود. نانوذراتی از این دست، طیف وسیعی از کاربردهای احتمالی را دارند. از پوشش‌های سطحی که می‌توانند بار الکتریکی را ذخیره کنند. تا فیلترهایی که آلاینده‌ها را از هوا یا آب حذف می‌کنند.

بروزک گفت:

این نانوکریستال‌ها، کوچک‌ترین و پایدارترین نمونه‌های چارچوب فلزی-آلی هستند. که تاکنون ساخته شده‌اند و ویژگی‌های جالبی دارند. به ویژه اینکه می‌توانند رسانای الکتریسیته باشند. و با توجه به اندازه ذره، رفتار متفاوتی را نشان دهند.

وی افزود: به نظر می‌رسد که ما واقعا به حوزه جدیدی وارد شده‌ایم.

چارچوب‌های فلزی-آلی، مواد اسفنج مانندی هستند که از یون‌های فلزی مانند آهن یا روی تشکیل شده‌ و با مولکول‌های کوچک مبتنی بر کربن به هم متصل شده‌اند. چارچوب‌های فلزی-آلی مانند یک تکه پنیر سوئیسی پر از سوراخ، دارای شکاف‌هایی هستند. که می‌تواند آنها را برای کاربردهایی از جمله گرفتن مولکول‌های خاص مانند دی‌اکسید کربن از جو یا گرفتن سرب از آب آشامیدنی ایده‌آل سازد. زیرا فضای زیادی برای اتصال به مولکول‌های مورد نظر وجود دارد. ابداع چارچوب‌های فلزی-آلی در ابعاد نانو، به ویژه در صنعت کاربرد دارد. زیرا این ذرات کوچک را می‌توان در یک محلول معلق کرد. و سپس، آنها را برای پوشاندن یکنواخت سطح به کار برد.

بروزک گفت: در هر حال، ساخت چارچوب‌های فلزی-آلی در قالب نانوذرات همیشه یک چالش بوده است.

چارچوب‌های فلزی-آلی به واسطه مجموعه‌ای از واکنش‌های شیمیایی تشکیل می‌شوند. که یون‌های فلزی را به مولکول‌های پیونددهنده متصل می‌کند. گروه بروزک، یک عنصر سوم را اضافه کردند. این عناصر، مولکول‌هایی هستند که از پیونددهنده‌ها تقلید می‌کنند. اما فقط می‌توانند در یک پایانه به چیزی متصل شوند. آنها مانند بن‌بستی برای چارچوب‌های فلزی-آلی در حال رشد هستند و کوچک ماندن آنها را تضمین می‌کنند.

بروزک گفت: یکی از نکات هیجان‌انگیز در مورد کار ما این است که نه تنها چارچوب‌های فلزی-آلی ویژه را در قالب یک نانوکریستال ارائه می‌دهد. بلکه یکی از کوچکترین چارچوب‌های فلزی-آلی را ارائه می‌کند که تاکنون ساخته شده است.

این نانوذرات ساخته‌شده از تری‌آزولات آهن، تطبیق‌پذیر هستند. و در اندازه‌های مختلف و حتی در دماهای گوناگون، رفتار متفاوتی را نشان می‌دهند.

بروزک ادامه داد: این پژوهش، طیف گسترده‌ای از احتمالات را ارائه می‌دهد. دانشمندان می‌توانند با تنظیم کردن اندازه نانوذرات یا دمای محیط، آنها را طوری تنظیم کنند. که رفتار خاصی داشته باشند. همچنین، آنها می‌توانند از روش مشابهی برای طراحی سایر چارچوب‌های فلزی-آلی در قالب نانوکریستال‌ با ترکیب‌های مختلفی از یون‌های فلزی و مولکول‌های پیونددهنده استفاده کنند.

“چکرز مارشال”(Checkers Marshall)، از پژوهشگران این پروژه گفت:

این پژوهش، بسیار اساسی است. من فکر می‌کنم مهم‌ترین نکته این است که ما می‌توانیم این نانوذرات را تولید کنیم. و آنها ویژگی‌های وابسته به اندازه را نشان می‌دهند که پیشتر مشاهده نشده بود. این دو مورد پیشرفت، به تطبیق یافتن نحوه اعمال چارچوب‌های فلزی-آلی با دستگاه‌های موجود و همچنین، کنترل وابستگی آنها به اندازه کمک می‌کنند.

بروزک و گروهش در حال حاضر در حال بررسی کاربردهای بالقوه نانوذرات تری‌آزولات آهن و سایر تغییرات آن هستند.

بروزک گفت: اکنون که می‌توانیم چنین موادی را بسازیم. این احتمال وجود دارد که بتوانیم غشاهایی را ابداع کنیم که در دنیای واقعی سودمند باشند. برای نمونه، نانوذرات چارچوب‌های فلزی-آلی که سطحی را پوشش می‌دهند. می‌توانند مولکول‌های دی‌اکسید کربن را که ممکن است در جو منتشر ‌شوند. جذب کنند یا می‌توان این ذرات را طوری مهندسی کرد که به آلاینده‌های موجود در آب متصل شوند.