با اهمیت ترین دستاوردهای علمی حوزه فناوری نانو در سال ۲۰۲۰
نکسترو: پایگاه استت نانو، 10 دستاورد برتر سال 2020 را که می توانند تاثیر قابل توجهی بر بهبود کیفیت زندگی و رفاه عمومی مردم داشته باشند معرفی نمود.
به گزارش روز چهارشنبه ستاد فناوری نانو، سایت پیمایشی (statnano) یک نظرسنجی را برای دریافت نظرات جامعه علم و فناوری نانو و رتبه بندی این ۱۰ دستاورد با هدف شناسایی اقدامات و دستاوردهای مهم و پیش بینی اثرات آتی آنها، معرفی افراد و سازمان های فعال در رقم زدن این دستاوردها و معرفی آنها به جامعه علم و فناوری فعال در فناوری نانو برگزار کرده است.
استت نانو این موضوعات را از بین دستاوردهای علمی سال ۲۰۲۰ منتشرشده در مقالات معتبر علمی دنیا، توسعه فناوری یا محصول جدید و تاثیرگذار، پروژه های بزرگ یا برنامه جدید با اثرات آتی چشم گیر و حتی تصویب قانون و مقررات موثر در این سال انتخاب نموده است.
با بررسی و کارشناسی درنهایت ۱۰ موضوع مختلف از منابع علمی معتبر و شناخته شده انتخاب شدند.
در انتخاب این موضوعات تلاش شده تا ترجیحا از یک حوزه یا زمینه علمی نباشند. بعنوان مثال با آنکه در سال ۲۰۲۰ دنیا تحت تاثیر پاندمی ویروس کرونا و راه های مبارزه با آن بود چهار گزینه از ۱۰ گزینه انتخاب شده به این حوزه تعلق دارند و تلاش شده تا حد ممکن مطالعات بنیادی، کاربردی، تولید فناوری و … در انتخاب نهایی، گزینه ای داشته باشند.
در این سایت، برای هر موضوع خلاصه ای شامل توضیح مختصر این دستاورد، اهمیت و پتانسیل کاربردی آن، دانشگاه یا مرکز تحقیقاتی دخیل در آن به همراه لینک منبع برای مطالعه بیشتر، آماده و ارائه شده است.
تشخیص آنتی بادی های COVID-۱۹ در ۱۰ ثانیه با کمک فناوری چاپ سه بعدی جت ائروسل
محققان دانشگاه کارنگی ملون یافته های خود در ساخت یک پلت فرم زیست سنسوری مبتنی بر نانومواد پیشرفته را در مجله Advanced Materials گزارش کردند که در عرض چند ثانیه آنتی بادی های اختصاصی برای SARS-CoV-۲، ویروس مسئول بیماری همه گیر COVID-۱۹، را تشخیص می دهد.
علاوه بر تشخیص، این سیستم به اندازه گیری کمی و دقیق پاسخ ایمنی بیمار نسبت به واکسن های جدید کمک خواهدنمود. این پلت فرم آزمایشی، حضور دو آنتی بادی مهم ویروس، یکی پروتئین Spike S۱ و دیگری ناحیه اتصال گیرنده [۱](RBD) به سلول را در یک قطره بسیار کوچک خون (حدود ۵ میکرولیتر) شناسایی می کند و نتایج آن بلافاصله بوسیله یک نرم افزار روی گوشی همراه قبال دریافت است.
در ساخت این سنسور از فناوری چاپ سه بعدی جت آئروسل استفاده شده است. الکترودهای کوچک و ارزان میکروپیلار طلا در مقیاس نانو با بهره گیری از قطرات آئروسل به وجود آمده و به صورت تف جوشی [۲] حرارتی متصل می شوند.
تولید نانولوله های کربنی با بهره گیری از دی اکسید کربن هوا
یک پروسه ساخت جدید که توسط شرکت SkyNano توسعه یافته است، بطور قابل توجهی هزینه های تولید نانولوله های کربنی را می کاهد و درنتیجه نانولوله های کربنی تک جداره تولید می شود که قیمت آن با سایر ساختارهای معمولی کربن قابل رقابت است. این کاهش هزینه بوسیله یک پروسه جدید حاصل شده که در آن دی اکسید کربن مضر از محیط گرفته شده و به صورت نانولوله های کربنی تک جداره جامد و پایدار جمع آوری و ذخیره می شود.
ازآنجاکه نانولوله های کربنی در صورت جایگزینی با ساختارهای کربنی معمول، منجر به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی و CO۲ می شوند، این نوآوری می تواند تاثیرات واقعا چشم گیر و پایداری داشته باشد.
ایجاد منفاذی در مقیاس اتمی: حوزه جدیدی در علم فیزیک و مواد
دو مطالعه که در سال ۲۰۲۰ در مجلات ACS Nano و Science Advances منتشر شدند نحوه ساخت مواد با منافذ منفرد به اندازه یک اتم را نشان می دهند که می توانند برای فیلتراسیون مایع و گاز استفاده شوند.
اولین مطالعه خواص حمل و نقل یونی این منافذ را نشان میدهد که در تصفیه آب و نمک زدایی و همین طور ایجاد منافذ و کانال های یونی در زیست شناسی کاربرد دارند. مطالعه دوم نشان میدهد که چگونه گاز هلیوم بوسیله این منافذ جریان می یابد. این پژوهشگران در ساخت این مواد نازک اتمی و تجهیزاتی که دارای نانوحفره هستند مهارت دارند. آنها با بهره گیری از یک رویکرد سیستماتیک برای آزمایش و اصلاح پروسه ساخت خود، توانستند روش خودرا اصلاح کرده و نمونه اولیه ای بسازند که می تواند در وضعیت واقعی تر آزمایش شود.
این دستاورد کاربردهای بالقوه گسترده ای دارد که نمک زدایی آب، برداشت و ذخیره سازی انرژی و اندازه گیری مولکول های کوچک مانند هورمون ها و داروسازی را شامل می شود.
نانوذرات جدیدی که می توانند سلول های سرطانی را بطور موثر و انتخابی از بین ببرند
محققان گروه شیمی در LMU در مقاله ای در مجله معتبر Chem از سنتز نانوذرات آمورف جدید تشکیل شده از کلسیم و سیترات و کپسوله شده در یک لایه لیپیدی خبر دادند که قادر به شکستن موانع جذب و از بین بردن سلول های توموری به روشی هدفمند است.
فسفات کلسیم و سیترات در تنظیم خیلی از مسیرهای سیگنال دهی سلولی نقش دارند. به این جهت، برای جلوگیری از ایجاد اختلال در این مسیرها، سطح این مواد موجود در سیتوپلاسم به شدت کنترل می شود. نانوذرات توصیف شده در مطالعه جدید قادر به دور زدن این کنترل های نظارتی هستند.
این ذرات بطور انتخابی کشنده هستند و سلول های سرطانی را هدف قرار می دهند. اما سلول های سالم را، که این ذرات را نیز جذب کرده اند، بدون لطمه رها می کنند.
خنک کننده های شفاف ترموالکتریک الکترونی: کوچکترین یخچال جهان
گروهی به سرپرستی استاد فیزیک UCLA موفق به ایجاد خنک کننده های ترموالکتریک با ضخامت تنها ۱۰۰ نانومتر شدند و روش ابتکاری جدیدی را برای اندازه گیری عملکرد خنک کنندگی آنها ابداع کردند.
این دستگاهها توسط قراردادن دو نیمه هادی متفاوت بین صفحات فلزی تولید شده و به دو روش کار می کنند. وقتی گرما به آنها اعمال می شود، یک طرف داغ شده و طرف دیگر خنک می ماند که از این اختلاف دما می توان برای تولید برق استفاده نمود. وقتی یک جریان الکتریکی به دستگاه وارد شود، یک طرف آن داغ شده و طرف دیگر آن سرد می ماند و این امکان را فراهم می آورد که بعنوان کولر یا یخچال عمل کند.
این فناوری در صورت افزایش مقیاس تولید ممکنست جایگزین سیستم فعلی فشرده سازی بخار در یخچال ها شود. کاربرد دیگر این فناوری در خنک کردن کامپیوترها و تجهیزات الکترونی در مقیاس کوچک است.
تشخیص فوری COVID-۱۹ به کمک سنسورهای الکتروشیمیایی مبتنی بر نانولوله های کربنی
دکتر عبدالاحد از آزمایشگاه ادوات نانوبیوالکترونیک دانشگاه تهران و برنده جایزه پیامبر اکرم (مصطفی) ۲۰۱۹ در زمینه فناوری نانو، روش جدید و پتنت شده ای (US ۲۰۱۸ ۰۲۹۹۴۰۱ A۱) را برای اندازه گیری الکتروشیمیایی گونه های اکسیژنی فعال (ROS/H۲O۲) ابداع کرد که الکترود آن با نانولوله های کربنی چند جداره اصلاح شده است.
در این تحقیق، آنها نشان دادند که چگونه می توان از ROS برای تشخیص بیماریهای ریوی استفاده نمود. در هنگام مبتلاشدن به ویروس کرونا مقدار ROS در نمونه خلط بیمار، حتی وقتی علایم بیماری هنوز نمایان نشده است، تغییر می کند و سنسور از این شاخص برای تشخیص COVID-۱۹ استفاده می نماید.
این پروژه در مرحله تجاری سازی است و تا ژوئن سال ۲۰۲۰، روی بیش از ۶۰۰ بیمار در چهار بیمارستان ایران آزمایش شد و تا ۹۵ درصد جواب درست داد. در آنفلوانزای فصلی که گاهی اوقات با COVID-۱۹ اشتباه گرفته می شود، سطح ROS (H۲O۲) در بیمار کاهش پیدا می کند. بنابراین، باتوجه به این تفاوت در مکانیسم عفونت آنفلوانزا و همین طور وقوع تعداد کم بیماریهای تنفسی حاد متداول در فصول گرم، این سنسور این توانایی را دارد که موارد COVID-۱۹ را در ۳۰ ثانیه تشخیص دهد. اهمیت این روش، در غربالگری اولیه و سریع افراد مشکوک به کرونا است که در همه گیری کرونا از روش تب سنجی برای این منظور استفاده می شود.
نانوبادی بعنوان سلاحی قدرتمند در درمان تشخیص COVID-۱۹
نانوبادی ها آنتی بادی هایی هستند که در خانواده شترها یافت شده و بسیار کوچک تر از آنتی بادی های انسانی هستند. پایداری بالا، ساختار کوچک و اختصاصی بودن، آنها را برای تخلیص و تثبیت پروتئین ها و ساختارهای پروتئینی پیش از تصویربرداری ایده آل می کند.
نانوبادی ها می توانند پروتئین Spike ویروسی را برای تصویربرداری با بهره گیری از روش های پیشرفته در مقیاس اتمی ازجمله میکروسکوپ الکترونی کرایو (cryo-EM) بهتر تثبیت کنند.
نانوبادی ها همین طور موجب اتصال RBD به هدف خود شده و به پژوهشگران در درک بهتر رفتار آن در بدن و نحوه تعامل آن با داروهای جدید کمک می کنند. به سبب همین اهمیت، گروه های تحقیقاتی مختلفی در سراسر جهان روی این مساله تمرکز کرده اند.
در مطالعه ای که در مجله Biomolecular Structure and Dynamics پخش شده، از نانوبادی ها در تشخیص و درمان بیماری COVID-۱۹ استفاده شده است. مطالعه حاضر به کوشش برای تولید آنتی بادی (Nbs) یا VHHs مقابل SARS-CoV-۲ می پردازد که یک کلاس جدید از پروتئین ها برمبنای قطعات آنتی بادی تنها با یک دامنه است.
این ها دارای کوچک ترین دامنه اتصال آنتی ژن دست نخورده هستند (حدود ۱۵ کیلو دالتون) و طول آنها فقط حدود ۱۱۰ جز است. گروهی دیگر از پژوهشگران شرکت Protein Production UK نانوبادی های جدید سنتز و استخراج کردند که تمایل زیادی به پروتئین spike ویروس کرونا دارند.
همچنین (The National Health Institute (INS با بهره گیری از فناوری نوآورانه مبتنی بر نانو آنتی بادی های نوترکیب لامای پرویی، مبادرت به درمان COVID-۱۹ کردند. در این پروژه، با حمایت مالی صندوق ملی توسعه نوآوری های علمی و فناوری (Fondecyt)، از فناوری نانو آنتی بادی برای تولید آنتی بادی های مشتق شده از این شترها برای خنثی سازی ویروس کرونا (SARS-CoV-۲) در وضعیت آزمایشگاهی و در یک حیوان استفاده می شود.
پیش بینی ساختار و دینامیک نانوذرات توسط Machin Learning
محققان مرکز علوم نانو و دانشکده فناوری اطلاعات در دانشگاه Jyväskylä فنلاند نشان دادند که روش های جدید distance-based machine learning قادر به پیش بینی ساختارها و دینامیک اتمی نانوذرات هستند. روش جدید بطور قابل توجهی سریع تر از روش های شبیه سازی سنتی است که برای تحقیقات نانوذرات استفاده می شوند و اکتشافات کارآمدتر برهمکنش ذره-ذره و عاملدار شدن نانوذرات را در محیط آنها تسهیل می کند. پتانسیل این سیستم یک کمیت بنیادی در علوم محاسبات نانو است که امکان ارزیابی کمی ثبات سیستم، میزان واکنش های شیمیایی و قدرت پیوندهای بین اتمی را فراهم می آورد.
واکسن mRNA کپسوله شده توسط نانوذرات لیپیدی (LNP) ضد SARS-CoV-۲
داروهای mRNA برای هدایت سلول های بدن به ساخت پروتئینی خاص طراحی می شوند که سپس منجر به پاسخ سیستم ایمنی بدن می شود.
در فناوری mRNA معمولاً از روش های رهاسازی دارو بر پایه نانوذرات استفاده می شود. در این فناوری ابتدا بخش RNA مورد نیاز برای تهیه واکسن سنتز شده و سپس در نانوذرات چربی (LNP) جاسازی می شود.
واکسن شرکت مدرنا یک واکسن مبتنی بر mRNA مقابل SARS-CoV-۲ که پروتئین Spike (S) هدف قرار داده است. واکسن های COVID-۱۹ شرکت فایزر هم از mRNA کپسوله شده درون نانوذره لیپید بهره برده که به آن اجازه می دهد وارد سلول شود.
واکسن B۱، mRNA قسمتی از پروتئین موجود در ویروس SARS-CoV-۲ که به گیرنده سلول های انسانی متصل می شود کدگذاری می کند تا بتواند به آنها وارد شود. واکسن B۲ تمام این پروتئین را که بعنوان پروتئین Spike شناخته می شود می سازد.
تولید الکتریسیته از رطوبت محیط با بهره گیری از نانوسیم های پروتئینی
دانشمندان دانشگاه ماساچوست آمهرست ابزاری ساخته اند که از پروتئین طبیعی برای ایجاد الکتریسیته از رطوبت هوا استفاده می نماید، فناوری جدیدی که بگفته آنها می تواند نتایج قابل توجهی در آینده انرژی های تجدیدپذیر، تغییرات آب و هوا و پزشکی داشته باشد.
آن ها دستگاهی را ساختند که به آن ژنراتور “Air-gen” یا مجهز به هوا می گویند و دارای نانوسیم های پروتئینی رسانای الکتریکی است که توسط میکروب Geobacter به روش بیوسنتز تولید می شوند. Air-gen الکترودها را به نانوسیم های پروتئینی متصل می کند به ترتیبی که منجر تولید جریان الکتریکی از بخار آب موجود در هوا می شود.
این ماده می تواند حتی در مناطقی با رطوبت خیلی کم مانند کویر نیز برق تولید نماید. مزیت این روش نسبت به سایر اشکال انرژی های تجدیدپذیر مانند سل های خورشیدی و بادی دارای این است که برخلاف آنها برای تولید انرژی به عامل ثانویه مثل نور خورشید یا باد نیازی ندارد. نتیجه این تحقیقات در مجله Nature منتشر گردید.
منبع: nextru.ir
مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب