مهم ترین دستاوردهای علمی حوزه فناوری نانو در سال 2020
پایگاه استت نانو، ۱۰ دستاورد برتر سال ۲۰۲۰ را که می توانند تأثیر 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 پیشبینی 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 اثرگذار در این سال برگزیده است.
با بررسی و کارشناسی درنهایت ۱۰ مبحث 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 این که در سال ۲۰۲۰ دنیا تحت تأثیر 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 مبحث 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 عرضه 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 خواهد نمود. 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 از راه 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 استفاده از قطرات آئروسل بوجود آمده و به صورت تف جوشی [۲] حرارتی متصل می شوند.
تولید نانولوله های کربنی با استفاده از دی اکسید کربن هوا
یک فرایند ساخت جدید که توسط شرکت SkyNano توسعه یافته است، به صورت 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 از راه یک فرایند 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 داده است که در تصفیه آب و نمک زدایی و همینطور ایجاد منافذ و کانال های یونی در زیست شناسی کاربرد دارند. مطالعه دوم نشان داده است که چگونه گاز هلیوم از راه این منافذ جریان می یابد. این محققان در ساخت این مواد نازک اتمی و تجهیزاتی که دارای نانوحفره هستند مهارت دارند. آنها با استفاده از یک رویکرد سیستماتیک برای آزمایش و اصلاح فرایند ساخت خود، توانستند روش خویش را اصلاح کرده و نمونه اولیه ای بسازند که می تواند در شرایط 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 به صورت 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. از این رو، برای پیشگیری 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 به صورت انتخابی کشنده هستند و سلول های سرطانی را هدف قرار می دهند. اما سلول های سالم را، که این ذرات را هم جذب کرده اند، بدون صدمه 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 دستگاه ها توسط قراردادن دو نیمه هادی متفاوت بین صفحات فلزی ساخته 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 امکان دارد 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 بیماری های ریوی استفاده نمود. در هنگام مبتلا شدن 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 بیشتر 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 کاسته می شود. بنابراین، با عنایت به این تفاوت در مکانیسم عفونت آنفلوانزا و همینطور وقوع تعداد کم بیماری های 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 استفاده از روش های پیشرفته در مقیاس اتمی ازجمله میکروسکوپ الکترونی کرایو (cryo-EM) بهتر تثبیت کنند.
نانوبادی ها همینطور سبب اتصال RBD به هدف خود شده و به محققان در درک بهتر رفتار آن در بدن و نحوه تعامل آن با داروهای جدید کمک می کنند. به علت همین اهمیت، گروه های تحقیقاتی مختلفی در سرتاسر جهان روی این مورد تمرکز کرده اند.
در مطالعه ای که در مجله Biomolecular Structure and Dynamics انتشار یافته، از نانوبادی ها در تشخیص و درمان بیماری COVID-۱۹ استفاده شده است. مطالعه حاضر به کوشش برای تولید آنتی بادی (Nbs) یا VHHs ضد SARS-CoV-۲ می پردازد که یک کلاس جدید از پروتئین ها بر مبنای 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 محققان 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 استفاده 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 شرایط 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 پیشبینی ساختارها و دینامیک اتمی نانوذرات هستند. روش جدید به صورت 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) بر 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 ضد 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 بخشی 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 استفاده از نانوسیم های پروتئینی
دانشمندان دانشگاه ماساچوست آمهرست ابزاری تولید کرده اند که از پروتئین طبیعی برای ایجاد الکتریسیته از رطوبت هوا استفاده می نماید، فناوری جدیدی که به قول 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 هم 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: آزینیك
این مطلب آزینیک را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط آزینیک
نظرات خوانندگان آزینیک در مورد این مطلب