مرکز انجمنهای تخصصی

 ترکيب فناوري‌نانو و نساجي براي ساخت نانو‌غشا 

محققان دانشگاه دولتي کاروليناي شمالي با کمک يک فناوري در صنعت نساجي، روش نانو‌ساخت جديدي را براي ساخت غشا‌هاي نانو‌لولة ‌کربني بسيار باکيفيت توسعه داده‌اند. در اين روش ضخامت و توپولوژي غشا قابل کنترل است و براي بسياري از کاربردهاي عملي، هزينة ساخت پايين است.
   درهم‌بافتن نانولوله‌هاي کربني باکمک آب: (a) شمايي از فرآيند پيوسته درهم‌بافتن باکمک آب که مي‌تواند الياف درهم‌بافته‌اي با سرعت 400 متر بر دقيقه توليد کند. (b) شمايي از دستگاه آزمايشگاهي که زانگ و همکارانش غشاءهاي نانولوله کربني را با آن توليد کرده‌اند. 

دکتر زيانگ وو زانگ از دانشگاه ايالتي کاروليناي شمالي و يکي از اين محققان، مي‌گويد:«اين روشِ در هم ‌بافتن با کمک آب(Hydroentangling) محصول هم‌گرايي دو زمينة کاملاً متفاوت؛ يعني فناوري‌نانو و فناوري نساجي مدرن است و مي‌تواند در زمينة غشاهاي نانولولة کربني انقلابي ايجاد کند. اين غشاها‌ي نانولولة ‌کربني در هم ‌بافته‌شده با کمک آب، خواص الکتريکي و مکانيکي به مراتب بهتري نسبت به کاغذهاي باکي(Buckypaper) نانولولة کربني ساخته‌شده از ف_ * ل*_ ت ر دارند.»
زانگ توضيح مي‌دهد که روش در هم‌ بافتن با کمک آب، به تزريق هيدروليکي با سوزن نيز معروف است. اين روش براي ساخت يک غشا يا پارچة غير بافتي يکنواخت و مستحکم، با اليافي که پيوند مکانيکي دارند؛ فرايندي نسبتاً جديد، ساده، سريع، کم‌هزينه و سازگار با محيط‌ زيست محسوب مي‌شود.
زانگ پديده در هم‌ بافتن با کمک آب را براي آرايش نانولوله‌هاي کربني منفرد به‌صورت غشاهاي نانولولة کربني مستحکم، چند عملکردي و رسانا، استفاده کرده‌است. او مي‌گويد:«اين غشاهاي نانولولة‌ کربني همة خواص چند عملکردي نانولوله‌هاي کربني منفرد را حفظ کرده‌اند، بنابراين کاربردهاي بالقوة بسيار زيادي از قبيل نمايشگرهاي انتشار ميداني، پايه‌هاي کاتاليستي، الکترونيک زيست‌پزشکي، پيل‌هاي سوختي، ذخيرة هيدروژن، حسگرها، پيل‌هاي خورشيدي و باطري‌ها، دارند.
زانگ توضيح مي‌دهد که برخلاف ديگر فرايندهاي مرسوم نساجي که با الياف منفرد سرکار دارند، فرايند در هم ‌بافتن با کمک آب از دسته‌هاي الياف بافته‌نشده براي توليد پارچه‌ها يا غشاهاي مستحکم استفاده مي‌کند؛ بنابراين روشي عالي براي آرايش نانولوله‌هاي کربني‌اي است که براي دستکاري تکي خيلي کوچک هستند.
زانگ و همکارانش براي تهية غشاهاي نانولولة ‌کربني با اين فرايند يک دستگاه آزمايشگاهي ساختند و متناسب با ضخامت غشا، نانولوله‌هاي کربني را بين پنج ثانيه و دو دقيقه با کمک آب در هم ‌بافتند. غشاهاي حاصله قطري برابر 25 ميلي‌متر داشتند. غشاهاي نانولولة ‌کربني با اندازة بزرگ‌تر نيز مي‌توانند با استفاده از فرايند پيوسته يا يک دستگاه آزمايشگاهي بزرگ‌تر ساخته شوند.
زانگ توضيح مي‌دهد که استحکام کششي اين غشاها با ضخامت 100 ميکرومتر، برابر با 51 مگاپاسکال است که سه ‌برابر استحکام کششي کاغذهاي باکي نانولولة ‌کربني ساخته‌شده از ف_ * ل*_ ت ر است. او اضافه مي‌کند:«با نفوذ پليمرها به داخل اين نوع غشاها، ما مي‌توانيم کامپوزيت‌هاي پليمري مبتني بر نانولولة کربني‌اي بسازيم كه خواص مکانيکي بهتري دارند؛ مثلاً نفوذ پلي‌اتيلن اکسايد(PEO) به داخل اين غشاها مي‌تواند استحکام کششي را تا 37 درصد افزايش دهد.
نتايج اين تحقيق در مجلة Advanced Materials منتشر شده‌است.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 تشخيص سلامت بدن با لباس‌هاي هوشمند  

پژوهشگران آمريکايي و چيني اعلام نمودند که با بهره‌گيري از نانولوله‌هاي کربني، يک قدم ديگر به توليد ساده و ارزان قيمت لباس هوشمند نزديک شده‌اند. چنين لباسي خواهد توانست ضربان قلب و ديگر علائم حياتي بدن را اندازه‌گيري کند و همچنين نشانه‌هاي مريضي بدن را تشخيص دهد. گزارش اين تحقيقات در شماره 10 دسامبر مجله‌ي Nano Letters منتشر شده است.
  

محققان به روشي مقرون به صرفه براي توليد لباس‌هاي هوشمند دست يافته‌اند. اين لباس‌ها مي‌توانند ناراحتي و مريض‌هاي شخصي که آنها را مي‌پوشد را تشخيص دهند.

منسوجات الکترونيکي هم اکنون نيز وجود دارند، اما بسيار حجيم و سخت بوده، استفاده‌ي عمومي از آنها مشکل است. لذا توليد کنندگان لباس به روشي ساده‌تر براي توليد لباس‌هايي راحت‌ترنياز دارند تا کابرد آنها قابل گسترش باشد.

در تحقيق اخير، الياف کتان با الکتروليت و نانولوله‌هاي کربني پوشش داده شده است. الياف حاصل از اين کار، در عين حالي که قادرند الکتريسيته را از خود عبور دهند، نرم و منعطف هستند.

محققان در تست‌هاي آزمايشگاهي نشان دادند که الياف الکترونيکي جديد اگر به يک باتري وصل شوند مي‌توانند يک دي‌يود نوري ساده را روشن کنند. درصورت نشاندن آنتي بادي‌هاي خاص بر روي اين الياف، آنها مي‌توانند حضور آلبومين را تشخيص دهند. آلبومين يک پروتئين مهم در خون است که مي‌تواند براي تشخيص خونريزي به کار رود.

اين محققان همچنين مدعي هستند که اين الياف خواهند توانست امراض و علايم حياتي بدن را تشخيص دهند.

براي دسترسي به مقاله‌ي اين تحقيق با عنوان " Smart Electronic Yarns and Wearable Fabrics for Human Biomonitoring made by Carbon Nanotube Coating with Polyelectrolytes " به مجله‌ي Nano Letters يا لينک زير مراجعه کنيد:

[External Link Removed for Guests]

منابع

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 پيشرفت در محاسبات کوانتومي به‌وسيلة يک روش خصوصيت‌سنجي جديد  

محققانِ MIT اميدوارند که ارائة راهکاري براي خصوصيت‌سنجي کوانتومي در محدوده‌اي فوق‌العاده وسيع از بسامدها، راهي براي رفع يکي از موانع اصلي ساخت رايانه‌هاي کوانتومي به شمار رود. گفته مي‌شود که اين روش ابداعي براي مطالعة خصوصيات اتم‌هايي مصنوعي مثل اتم‌هاي مصنوعي نيمه‌رسانا که احتمالاً در ساخت رايانه‌هاي کوانتومي به کار گرفته خواهند شد، بسيار مناسب است. اين روش با تسهيل روند دستيابي به اطلاعات بيشتري در خصوص اين ساختارهاي ابررسانا مي‌تواند روند ساخت رايانة کوانتومي را تسريع بخشد.

محققان از بيش از دو دهة قبل، پس از اينکه ريچارد فاينمن(فيزيک‌دان و برندة جايزة نوبل فيزيک) براي نخستين بار نظرية محاسبات کوانتومي را مطرح کرد، تلاش کرده‌اند تا چنين رايانه‌اي را بسازند. در يکي از روش‌هاي مطرح‌شده، از ابزارهاي ابررسانا استفاده مي‌گردد. اين ابزارها پس از سرد سدن که تا دماهاي نزديک صفر مطلق، مي‌توانند رفتاري مشابه با اتم‌هاي مصنوعي داشته باشند. اين اتم‌ها جعبه‌هاي نانومقياسي هستند که در آنها الکترون‌ها مجبورند تا در ترازهاي انرژي ويژه و گسسته‌اي قرار گيرند؛ اما بنا به اظهارات ويليام اوليور از آزمايشگاه لينکلنِ MIT، روش‌هاي علمي معمولي‌ که براي خصوصيت‌سنجي و متعاقباً شناخت بهتر اتم‌ها و مولکول‌ها ارائه شده‌اند، هميشه به‌آساني به اتم‌هاي مصنوعي تعميم داده نمي‌شوند. به‌تازگي اوليور و همکارانش روشي ابداع کرده‌اند که مي‌تواند اين خلأ را پر نمايد. اين روش، طيف‌نمايي دامنه‌اي(amplitude spectroscopy) ناميده مي‌شود.

اتم‌هاي مصنوعي ترازهاي انرژي‌اي دارند که متناظر با باريکة بسيار پهني از بسامدهاست. پهناي اين باريکه مي‌تواند به ده‌ها تا صدها گيگاهرتز برسد و به همين دليل اعمال روش‌هاي استاندارد طيف‌نمايي براي اين اتم‌ها پرهزينه و دشوار است. در روش مکملي که اين گروه ابداع کرده‌اند، مي‌توان خصوصيات موجودات کوانتومي را در محدودة فوق‌العاده وسيعي از بسامدها بررسي کرد. اوليور عنوان کرد که اين شيوه براي مطالعة خصوصيات اتم‌هاي مصنوعي بسيار مناسب است.

هر اتم مصنوعي مي‌تواند به‌عنوان يک بيت کوانتومي عمل نمايد و در يک زمان در چندين تراز انرژي مختلف قرار گيرد؛ به عبارت ديگر حالت چنين اتمي همانند کليدهاي الکترونيکي‌اي که در رايانه‌هاي معمولي استفاده مي‌شوند، با صفر يا يک تعيين نمي‌گردد؛ بلکه اتم مي‌تواند در برهم‌نهشي(ترکيبي) از هر دو حالت(با احتمال‌هاي مختلف) قرار داشته باشد. اين رفتار عجيب که به ماهيت کوانتومي مواد در سطح اتمي مربوط مي‌شود، محاسبات کوانتومي را به‌عنوان يک پيشرفت انقلابي در حوزة محاسبات رايانه‌اي مطرح ساخته‌است.

در طيف‌نمايي دامنه‌اي با استفاده از بررسي پاسخ يک اتم مصنوعي ابررسانا نسبت به يک بسامد منفرد و ثابت، اطلاعات مربوط به اتم‌ گردآوري مي‌گردد. انتخاب اين بسامد به گونه‌اي است که براي اتم «بي‌خطر» باشد. اين فرايند، اتم را به گذارهاي ترازهاي انرژي وارد مي‌سازد و به عبارت ديگر، اتم‌هاي تحت بررسي مي‌توانند از طريق تنظيم دامنة چشمة بسامد ثابت، بين دو باندِ انرژي مختلف، گذار(جهش) داشته باشند. عملاً محدوديتي براي نرخ اين گذارها وجود ندارد.

تابش منتشرشده از طريق اتم مصنوعي در پاسخ به اين بسامد، داراي الگوهاي تداخلي است. اين الگوها(که اوليور آنها را «الماس‌هاي طيف‌نمايي» مي‌نامد) به‌دليل برخورداري از نظم هندسي قابل ‌توجه، اثر انگشت‌هاي طيف انرژي يک اتم مصنوعي محسوب مي‌گردند.
  

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 حذف محدوديت‌هاي موجود بر روي سرعت تغيير وضعيت اسپين  
اخيراً محققاني از آلمان راهي براي تغيير فوق‌العاده سريع مقدار يک بيتِ دادة مغناطيسي ابداع کرده‌اند که در آن از جرياني از الکترون‌هاي داراي اسپينِ قطبيده استفاده مي‌شود. آنها توانسته‌اند زمان انجام تغيير وضعيت مذکور را از ده نانوثانيه به يك نانوثانيه تقليل دهند. اين محققان ادعا کرده‌اند که به‌زودي مي‌توان از اين روش در ساخت حافظه‌هاي دسترسي تصادفي مغناطيسي يا MRAMها بهره گرفت.

MRAMها سرعتي برابر با تراشه‌هاي حافظة معمولي داشته و در عين حال چگالي‌هاي ذخيره‌سازي بالايي دارند. مزيت اصلي اين حافظه‌ها، حفظ داده‌هاي حافظه پس از خاموش‌ شدنِ آن است. تراشه‌هاي حافظة سريع معمولي مانند حافظه‌هاي دسترسي تصادفي پويا و ايستا (DRAMها و SRAMها)، بيت‌هاي داده را در قالب بارهاي الکتريکي در خازن‌هاي بسيار کوچک ذخيره مي‌کنند. با خاموش شدن اين ابزارها، داده‌ها به‌سرعت از دست مي‌روند. اين مسئله موجب پيدايش زماني به نام «زمان بالا آمدن» در مرحلة آغاز به کار رايانه‌ها(پس از روشن‌شدن) گرديده‌است که در آن اطلاعات از روي ديسک سخت به روي حافظه منتقل مي‌شود. علاوه بر اين، حافظه‌هاي معمولي براي ذخيره‌سازي اطلاعات انرژي زيادي مصرف مي‌کنند.

اکثر سازندگان تراشه معتقدند که MRAMکه در آن، بيت‌هاي داده در نانوستون‌هاي بسيار کوچکي از مواد مغناطيسي ذخيره مي‌شوند، مناسب‌ترين نوع حافظه براي دستيابي به يک حافظة سريع است. بيشتر MRAMها از يک سکة مغناطيسي بسيار کوچک در نزديکي نانوستون استفاده کرده و به کمک آن، جهت مغناطش را عوض مي‌کنند و به عبارت ديگر، از «۰» به «۱» تغيير مي‌دهند؛ البته ساخت سکه‌هايي که آن قدر کوچک كه بتواند به تراشه‌هاي MRAM، چگالي‌هاي بيت بالايي مشابهي با DRAM يا SRAM بدهند، يکي از چالش‌هاي سازندگان است. يکي از راه‌هاي حل اين مشکل، استفاده نكردن از يک سکة حجيم و تغيير وضعيت نانوستون از طريق عبور يک پالس از الکترون‌هاي داراي اسپين قطبيده، از خلال آن است. بيشتر اسپين‌ها در چنين پالسي در جهت‌هاي خاصي قرار گرفته‌اند(بالا يا پايين) و ممان مغناطيسي آنها يک «گشتاور اسپيني» بر روي مغناطشِ نانوستون اعمال مي‌کند.

با اين حال مشکلي موجود اين است که ممان مغناطيسي مذکور پيش از قرارگيري در جهت جديد، براي حدود ده نانوثانيه نوسان مي‌کند. اين زمان ده برابر طولاني‌تر از زماني است که با کاربردهاي عملي تناسب دارد. اين مسئله فيزيک‌دانان را نااميد کرده‌است زيرا از لحاظ نظري بايد بتوان مغناطش را در عرض حدوداً يک نانوثانيه عوض کرد.

هم‌اکنون هانس وارنر چوماچر و همکارانش در آزمايشگاه استانداردِ PTB در براونچويگ و دانشگاه بيلفيلد نشان داده‌اند که مي‌توان زمان تغيير وضعيت يک نانوستون را از طريق کنترل شکل و طول موقتي پالس(و اعمال يک ميدان مغناطيسي ثابت کوچک) به يک نانوثانيه تقليل داد. چوماچر گفت که اين ميدان مغناطيسي، «مغناطش را به ناحية مشخصي که تغيير وضعيت در آن از ساير نواحي آسان‌تر است مي‌برد.»

اين گروه آزمايش‌هاي خود را با استفاده از يک نمونة آزمايشي MRAM اسپين-گشتاور که به‌وسيلة Singulus Nano Deposition Technologies در فرانکفورت ساخته شده بود، انجام دادند. با اينکه چوماچر و گروهش نيز براي توليد ميدان مغناطيسي از سکه‌هاي خارجي استفاده کردند؛ وي معتقد است که مي‌توان از طريق طراحي دقيق شکل بيت حافظه، ميدان مغناطيسي مشابهي را در كنار هر نانوستون ايجاد نمود. وي بر اين باور است که مي‌توان اين فناوري را تا سال ۲۰۱۰ در MRAMهاي تجاري به کار گرفت.

نتايج اين تحقيق در نشرية .Phys. Rev. Lett به چاپ رسيده‌است.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 استفاده‌ي بهتر از نور خورشيد با کمک نانوذرات 
طبق مطالعه‌اي که در دانشگاه کاليفرنيا انجام شده است، نانوذرات فلزي مي‌توانند بهبود قابل توجهي در بازده انواع خاصي از پيل‌هاي خورشيدي ايجاد کنند. محققان اين دانشگاه مي‌گويند وقتي نانوذرات سيليکا (اکسيد سيليکون) بر روي پيل‌هاي خورشيدي از نوع InP/GaAsP نشانده شود، بازده تبديل انرژي آنها تا 17 درصد افزايش مي‌يابد.

يکي از موانع اصلي تجاري‌سازي ابزارهاي فوتوولتائيک، پايين بودن ضريب تبديل انرژي خورشيد د رمواد سازندي آنهاست. اين ضريب به صورت نسبت انرژي الکتريکي خروجي از ماده به انرژي تشعشعات خورشيدي ورودي به آن بيان مي‌شود. انرژي الکتريکي خروجي از سلول خورشيدي، برحسب ميزان جريان و ولتاژ قابل دريافت از آن اندازه‌گيري مي‌شود.

محققان بري افزايش راندمان، بايد از موادي استفاده کنند که هم فوتون‌ها را از نور خورشيد به خوبي جذب کند و هم حامل‌هاي بار (الکترون‌ها و حفره ها) را که هنگام جذب فوتون‌ها ايجاد مي‌شوند به خوبي جمع کند. براي هدف اول نياز است از لايه‌اي با ضخامت زياد (يک ميکرومتر يا بيشتر) استفاده شود که ساختار چاه کوانتومي داشته باشد، در حالي که براي هدف دوم بايد ضخامت لايه نازک‌تر (در حد 2/0 تا 3/0 ميکرومتر) باشد.

نکته‌ي کليدي در مطالعه‌ي جديد، ايجاد تعادل بين اين دو حالت متناقض است. يکي از اين محققان مي‌گويد: " ما تشخيص داديم که يک منطقه‌ي چاه کوانتومي که بر روي زيرلايه‌ي InP تشکيل مي‌شود، يک موجبر صفحه‌اي (slab waveguide) ايجاد مي‌کند. بنابراين فوتون‌ها مي‌توانند در جهتي موازي با سطح سلول خورشيدي، درون اين موجبر پخش شوند. لذا امکان جذب فوتون‌هاي بيشتر فراهم مي‌شود. اين راهکار در لايه‌هاي چاه کوانتومي نازک نيز کارايي دارد.
محققان نشان دادند که با تفرق نور از نانوذرات فلزي يا دي الکتريک که به آساني بر سطح سلول خورشيدي نشانده مي‌شوند، فرايند تبديل نور به انرژي الکتريکي کامل مي‌شود.

هر چه ميزان نوري که يک سلول جمع مي‌کند بيشتر باشد، راندمان و در نتيجه جريان برق توليدي از آن افزايش خواهد يافت، و نانوذراتي که بر سطح پيل‌ها نشانده مي‌شوند، کمک مي‌کنند تا نور بيشتري جمع شود.

اين تيم اکنون به دنبال استفاده از موادي با ضريب شکست پايين‌تربه عنوان زيرلايه است تا همچنان راندمان جذب نور را افزايش دهد.

نتايج اين پژوهش در مجله‌ي Applied Physics Letters منتشر شده است.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 ارتقاي فناوري‌هاي کنترل آلودگي و پيل‌سوختي 
مشاهده کاتاليست‌هاي نانومقياس در حين انجام واکنش، مي‌تواند به ارتقاي فناوري‌هاي کنترل آلودگي و پيل‌سوختي منجر گردد. دانشمنداني از ‌آزمايشگاه ملي لاورنس ‌برکلي وابسته به گروه انرژي ايالات متحده، کاتاليست‌هايي را مشاهده کردند که خود را در پاسخ به گردش گازهاي مختلف در حول آنها، بازسازي و همانند يک آفتابگرد، رنگ خود را براي تطابق با محيط عوض مي‌کنند.

با بهره‌گيري از يک سيستم طيف‌نمايي مدرن در چشمه نوري پيشرفته آزمايشگاه مذکور، اين گروه براي نخستين ‌بار مشاهده کردند که نانوذراتِ تشکيل‌يافته از دو فلز کاتاليستي، ترکيب خود را در حضور واکنش‌کننده‌هاي مختلف تغيير مي‌دهند. تاکنون دانشمندان مجبور بودند به عکس‌هايي که قبل و بعد از يک واکنش، از کاتاليست‌هاي نانومقياس گرفته مي‌شد، اعتماد کنند و اين کار در حين انجام واکنش غير ممکن بود؛ در حالي که مهم‌ترين بخش چنين بررسي‌اي، مشاهده نحوه تغيير شکل يک کاتاليست در حين انجام يک واکنش است.

بنا به اظهارات ميگوئل سالمرون و گابور سومورجاي از آزمايشگاه لاورنس‌ برکلي ـ که اين تحقيق را انجام داده‌اند ـ پنجره جديدي که اخيراً به‌سوي شيمي نانومقياس باز شده‌است، مي‌تواند به ساخت کاتاليست‌هاي کارامدتر، داشتن آسماني پاک‌تر و اتلاف صنعتي پايين‌تر منجر گردد. به اين شکل مي‌توان کاتاليست‌هايي ساخت که در زندگي روزمره همانند واکنش‌هاي جداکننده آلاينده‌هاي سمي استفاده شوند، پيل‌هاي سوختي هيدروژني را تغذيه کرده، يا روش‌هاي تصفيه سوخت را پي‌ريزي کنند. همچنين مي‌توان به روند ساخت کاتاليست‌هايي که تمام فراورده‌هاي واکنش به جز محصول مورد نياز را نابود مي‌کنند(شيمي سبز) سرعت بخشيد.

سالمرون در اين باره گفت:«به‌وسيله اين تحقيق، ما مي‌توانيم براي نخستين‌ بار ببينيم که در حين واکنش( نه قبل و بعد از آن) کاتاليست چه روندي را طي مي‌کند.» در اين راه، سومورجاي با استفاده از روش‌هاي موجود در آزمايشگاهش، ذرات نانومقياسي ساخت که برخي از آنها، از روديوم و پالاديوم، و ساير ذرات از پلاتين و پالاديوم ساخته شده بودند. سپس اين محققان، به‌منظور تشخيص نحوه تغييرات اين کاتاليست‌هاي دوفلزه در حضور واکنش‌کننده‌ها، به سراغ يکي از چند دستگاه طيف‌سنجي پيشرفته موجود در دنيا رفتند. اين دستگاه پيشرفته، به دانشمندان امکان مي‌دهد تا رخدادهاي کاتاليستي و زيستي را در محيط طبيعي آنها ـ که غالباً داراي فشارهاي معمولي و شامل مواد شيميايي مختلف است ـ مطالعه کنند. اين ابزار را که سالمرون و همکارانش ساخته‌اند، در چشمه نوري پيشرفته آزمايشگاه لاورنس ‌برکلي قرار دارد. اين محققان نانوذرات دوفلزه را در معرض گازهاي مختلفي چون اکسيد نيتروژن، مونوکسيد کربن و هيدروژن قرار داده و با استفاده از اين سيستم، توانسته‌اند نانوذراتِ دوفلزه را در حين بازسازي خود مشاهده کنند. در حضور برخي از واکنش‌کننده‌ها، روديوم به روي سطحِ يک ذره آمده و در حضور ساير واکنش‌کننده‌ها، پالاديوم به روي سطح مي‌آمد.

سومورجاي در اين باره گفت:«ما مشاهده کرديم که متناسب با نوع گاز، فلزات مختلفي بر روي سطح يک کاتاليست قرار مي‌گيرند. سطح يک کاتاليست، بخشي از آن است که واکنش‌هاي شيمياي را راه‌اندازي مي‌کند و به همين دليل، تمام تفاوت‌هايي که در رفتار شيميايي کاتاليست مذکور وجود دارد، از اين پديده نشأت مي‌گيرد.» به کمک اين اطلاعات، دانشمندان قادر به ساخت کاتاليست‌هاي نانوذره‌اي و واکنش‌کننده‌هايي خواهند بود که براي توليد مواد مختلفي مانند بنزين، و يا پاک‌سازي آلاينده‌ها، بيشترين بازده را دارا باشند.

سومورجاي و سالمرون قصد دارند تا در گام بعدي، نحوه تغيير شکل کاتاليست‌ها را در هنگام يک واکنش مشاهده کنند. شناسايي اين تغييرات، اهميتي معادل با اطلاعات حاصله در اين تحقيق(يعني تشخيص تغيير در ترکيب کاتاليست) دارد. سومورجاي افزود:«با مشاهده تغيير کاتاليست‌ها در دنياي واقعي، ما مي‌توانيم کاتاليست‌هاي هوشمندي طراحي کنيم که به بهترين شکل، در هنگام انجام يک واکنش تغيير کنند».

نتايج اين تحقيق در نشريه Science Express به چاپ رسيده‌است.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 استفاده از نانوذرات سيليکا براي رساندن دارو به جراحات مغزي-نخاعي 

دانشمندان براي هدفمند كردن نانوذرات سيليکا آنها را با پليمر پوشاندند تا بتوان از آن براي درمان نخاع آسيب‌ديده در خوکچة هندي استفاده كرد، همچنين آنها براي رساندن PEG و هيدرولازين به سلول‌‌‌‌هاي مغزي-نخاعي(که داراي آسيب ثانويه بودند) از اين نانوذرات ساخته‌شده استفاده کردند.

اين گروه قبلاً از PEG براي درمان موش‌‌‌‌هايي با آسيب مغزي و سگ‌‌‌‌هايي با آسيب نخاعي استفاده کرده بودند. PEG سلول‌‌‌‌هاي آسيب‌ديده را پيدا كرده، محل جراحت را مي‌‌‌‌چسباند و از آسيب بيشتر جلوگيري مي‌‌‌‌کند، همچنين عمل سلول‌‌‌‌ها را به حالت اوليه برمي‌‌‌‌گرداند. در اينجا ترکيب و غلظت PEG عامل محدودکننده است. اگر براي قوي شدن ترکيب PEG، آن را عوض کنيم، اتيلن گلايکول توليد مي‌‌‌‌شود که سم موجود در ضد يخ است. با تغيير غلظت PEG، محلول صابوني شده، در تزريق آن مشکل ايجاد مي‌‌‌‌شود. دانشمندان براي حل اين مشکلات از نانوذرات سيليکا استفاده کردند.آنها اين ذرات را با PEG پوشاندند و براي درمان جراحت نخاعي در خوکچه‌‌‌‌ي هندي به کار بردند. نتايج حاصله، حاکي از بهبود فعاليت فيزيولوژيک اين سلول‌‌‌‌ها بود.

در مرحلة بعد محققان PEG و هيدرولازين(که دارويي ضد فشار خون است) را به نانوذرات سيليکاي متخلخل افزودند. اين ذرات سوراخ‌‌‌‌هايي دارند که دارو را نگه داشته، آن به سلول‌‌‌‌هاي آسيب‌ديده مي‌‌‌‌رساند. هيدرولازين با اين روش مي‌تواند با آسيب ثانوية سلول‌‌‌‌هايي که بعد از جراحت اوليه ايجاد مي‌‌‌‌شود، مقابله کند. وقتي سلول‌‌‌‌ها مجروح مي‌شوند، سموم طبيعي آزاد مي‌‌‌‌کنند؛ آکرولئين يکي از قوي‌‌‌‌ترين اين سموم است که يک تهديد براي صنايع محسوب مي‌‌‌‌شود و هيدرولازين پادزهر آن است.

اين گروه آکرولئين را به سلول‌‌‌‌ها القا کرده، سپس آنها را با PEG و هيدرولازين(که در نانوذرات سيليکاي متخلخل قرار داده بودند) درمان کردند. نتايج حاکي از برگشت عملکرد سلول‌‌‌‌هاي آسيب‌ديده بود.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 نانوذرات هدفمند و ايجاد تصوير سه‌‌‌‌بعدي از رگ‌‌‌‌هاي خوني تومور  

دانشمندان موفق شدند به‌وسيلة نانوذرات حاوي يون‌‌‌‌هاي گادولينيوم و پپتيدي(که نسبت به پروتئين اينتگرين a5b1 و اينتگرين avb3، هدفمند هستند) تصوير سه‌‌‌‌بعدي MRI از رگ‌‌‌‌هاي خوني تازه تومور جامد را به دست آورند.

يکي از خصوصيات بارز تومورهاي جامد، توسعة شبکة جديدي از رگ‌‌‌‌هاي خوني است؛ اين رگ‌‌‌‌ها به سلول‌‌‌‌هاي بدخيم(که سريعاً در حال تکثيرند) غذا مي‌‌‌‌رسانند. دانشمندان توانسته‌اند تا با استفاده از نانوذراتي هدفمند، يك تصوير سه‌‌‌‌بعدي از رگ‌‌‌‌زايي القاشده به‌وسيلة تومور و اثر دارو‌ـ‌درماني را روي اين رگ‌‌‌‌هاي جديد به دست آورند.

اين محققان نانوذرات پرفلوريني‌ ساختند که حاوي يون‌‌‌‌هاي گادولينيوم بود و روکشي پپتيدي داشت. گادولينيوم موجود در اين ترکيب، باعث تقويت سيگنال MRI مي‌‌‌‌گردد، پپتيد موجود هم با اتصال به پروتئين اينتگرين a5b1 در ديوارة رگ‌‌‌‌هاي خوني جديد، ذره را هدفمند مي‌‌‌‌کند. براي مقايسه دو نانوذرة ديگر طراحي شد: اولي به جاي روکش فوق، روکش پپتيدي داشت که به اينتگرين a5b1 متصل نمي‌‌‌‌شد و دومي هم با يک مولکول کوچک آلي پوشانده شده بود که هم به اينتگرين a5b1 و هم به اينتگرين avb3 متصل مي‌‌‌‌شد.

تزريق نانوذره‌‌‌‌اي که به اينتگرين a5b1 وصل مي‌‌‌‌شد، منجر به ايجاد تصويري سه‌‌‌‌بعدي از رگ‌‌‌‌هاي خوني تومور در موش شد و محققان نيز با استفاده از اين تصوير قادر به شناسايي تمام رگ‌‌‌‌هاي خوني اطراف تومور مي‌‌‌‌شدند. نتيجة حاصل از تصوير MRI بعد از جراحي موش از سوي مطالعات ميکروسکوپي تأييد گرديد.

پس از آن محققان نانوذرات حامل داروي فومي‌‌‌‌ژيلين را به موش تزريق کردند. اين دارو باعث جلوگيري از رشد رگ‌هاي خوني مي‌‌‌‌شود. گروهي از اين ذرات با پپتيدي که اينتگرين a5b1 را مورد هدف قرار مي‌‌‌‌داد، پوشيده شد و گروه ديگر با يک مولکول کوچک آلي که هم به اينتگرين a5b1 و هم به اينتگرين avb3 متصل مي‌‌‌‌شد. بعد از آن دانشمندان به كمك نانوذراتي که سيگنال MRI تقويت مي‌‌‌‌کرد و تواناي هدف قرار دادن اينتگرين a5b1 و اينتگرين avb3 را داشت، تغييرات درماني ايجادشده به‌وسيلة نانوذرات حامل داروي فومي‌‌‌‌ژيلين را رديابي کردند. نتايج حاکي از از بين رفتن رگ‌‌‌‌زايي تومورها بود. براي مقايسه نانوذراتي را که فقط به اينتگرين a5b1 متصل مي‌‌‌‌شدند، امتحان کردند که البته تأثير چنداني نداشت و نانوذراتي هم که هدفمند نبودند در کاهش رگ‌‌‌‌زايي کاملاً بي‌‌‌‌تأثير بودند.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 الکترونيک کشسان با نانولوله‌هاي کربني  

فيزيک‌دانان در ژاپن به‌منظور ساخت يک مادة لاستيکي که رساناي الکتريسيته است، روشي را براي پراکنده کردن نانولوله‌هاي کربني در يک پليمر مايع، توسعه داده‌اند. به گفتة اين محققان، اين مادة ‌کامپوزيتي که از ديگر مواد کشسان رساناتر است، مرحلة مهمي به‌سمت پيشرفت الکترونيک کشسان براي ربات‌ها و ديگر افزاره‌هاي الکترونيکي است.
   رساناي کشسان. 

در گذشته، موقعي که محققان سعي مي‌کردند کامپوزيت‌هاي نانولوله‌ـ‌ پليمر را توليد کنند، نيروهاي بين مولکولي قوي بين نانولوله‌ها هميشه منجر به توده‌اي‌‌‌شدن آنها مي‌شد و در نتيجه به‌طور ضعيفي در ماتريس پليمري پراکنده مي‌شدند. اين گروه ژاپني به رهبري تاکاو سامِيا از دانشگاه توکيو، با مخلوط کردن نانولوله‌هاي کربني با يک مايع يوني، توانستند آنها را به‌خوبي در ماتريس پليمري پراکنده کنند. اين محققان با استفاده از اين روش مي‌توانند بدون کاهش انعطاف‌پذيري مکانيکي پليمر، به ‌اندازة يک پنجم وزن پليمر به آن نانولولة کربني اضافه کنند. مادة حاصله که با هدايت الکتريکي نانولوله‌هاي کربني مذاب مي‌شود، مي‌تواند بدون صدمه ديدن تا حدود 70 درصد اندازة خود کشيده شود.
راي باوغمن در دانشگاه تگزاس مي‌گويد:«اين روش باعث توسعه کاربرد نانولوله‌هاي کربني در زمينه هاي جديد خواهد شد. بيشترين شگفتي اين کشف، اين است که اضافه کردن نانولوله‌هاي کربني تا بيش از 20 درصد وزني پليمر، قابليت تغيير شکل کشساني پليمر را کاهش نمي‌دهد.»
اخيراً دانشمندان براي ساخت الکترونيک کشسان، مي‌خواهند اجزاي الکترونيکي استاندارد را يا وارد لاستيک کنند و يا مستقيماً آنها را با فيلم‌هاي پلاستيکي مجتمع کنند. اين محققان هرچند مي‌گويند كه پيشرفت‌هاي مهمي در اين زمينه وجود داشته‌است؛ اما معتقدند که توسعة بيشتر اين افزاره‌ها به‌دليل سيم‌کشي غير کشسانشان متوقف شده‌است.
اين محققان ساخت مواد الکترونيکي کشسان خود را با مخلوط کردن نانولوله‌هاي کربني با يک مايع يوني 1- بوتيل-3- متيل ايميدازوليوم بيسيميد شروع کردند، سپس آنها چسب سياه و ضخيم به دست‌آمده يا ژل باکي(bucky gel) را به يک پليمر مايع اضافه و روي يک صفحة شيشه‌اي پخش کردند و در نهايت آن را با لاستيک سيليکوني پوشش دادند.
اين محققان اکنون خواص مکانيکي و الکتريکي رساناي کشسان خود را بهينه مي‌کنند و در زمينة فرايندهاي چاپ مقرون‌به‌صرفة جديدي که بتوانند اين مواد را جايگزين سيم‌هاي ريز در مدارهاي مجتمع کنند، تحقيق مي‌کنند. ساميا اميدوار است که همراه با بهبود فناوري‌هاي موجود، اين رساناهاي کشسان راهي به سوي کاربردهايي باشد که براي الکترونيک مرسوم مبتني بر سيليکون ممکن نيست(براي مثال پوست هاي مصنوعي الکترونيکي).
نتايج اين تحقيق در مجلة Science منتشر شده اند.

[External Link Removed for Guests]

 ظرفيت ذخيرة دادة ترابيتي با کمک نانومداد 

دانشمندان در آمريکا، موفق به ساخت نانومدادي شده‌اند که نوک آن به قدري کوچک است که مي‌تواند به‌عنوان يک کاوشگر پيمايشگر در سيستم‌هاي ذخيرة دادة رايانه‌اي پرظرفيت استفاده شود. نوک اين کاوشگر مي‌تواند بيت‌هايي با اندازه‌هايي به کوچکي 8/6 نانومتر را بنويسد و در نتيجه حافظه‌هاي غير فراري با چگالي 1 Tbit/in[SUP]2[/SUP] را توليد کند.
   تصوير نانومداد 870 نانومتري گرفته شده با ميکروسکوپ الکتروني عبوري. تصوير کوچک الکترود نانولوله کربني خارج شده از غلاف را نشان مي‌دهد. 

اين فناوري با اندکي اصلاح مي تواند چگالي ذخيرة داده را به 10 Tbit/in[SUP]2[/SUP] برساند. اگرچه اين محققان(شامل گروهي از اينتل و مؤسسة فناوري کاليفرنيا)، براي افزايش عملکرد و طول عمر اين افزاره اقدام به انجام بعضي اصلاحات کرده‌اند؛ اين اولين بار نيست که از نانولوله‌هاي کربني به‌عنوان کاوشگرهاي پيمايشگر براي نوشتن و خواندن داده استفاده مي‌شود. به‌رغم اينکه نانولوله‌هاي کربني خواص ضد سايش و مکانيکي قوي‌اي دارند، يکي از بزرگ‌ترين چالش‌هاي استفاده از نانولوله‌ها به‌عنوان افزاره‌هاي خواندن و نوشتن داده، اين است که آنها هنوز مستعد خم ‌‌‌شدن و شکستن بعد از استفاده هستند.
اين محققان کشف کردند که با روکش‌دهي نانولولة کربني با يک لايه از اکسيد سيليکون به ضخامت 65 نانومتر، مي‌توان استحکام مکانيکي اين کاوشگر را به‌شدت افزايش داد. در يک نگاه اين اصلاح معادل قرار دادن چوب اطراف يک ميلة نازک و طولاني گرافيتي در يک مداد معمولي است. اين محققان بعد از ترسيب اين غلاف اکسيد سيليکون محافظ، براي در معرض قرار گرفتن نوک نانولولة کربني و نمايان ‌‌‌شدن آن، اين نانومداد را با يک الماس تيز کردند.
موقعي که اين دانشمندان از پالس‌هاي الکتريکي صد ميکروثانيه‌اي در سراسر اين نانولولة کربني استفاده كردند، نوک اين الکترود توانست روي يک فيلم فروالکتريکي(در اينجا تيتانات زيرکونات سرب) به ضخامت 50 نانومتر نقاط ريزي را بنويسد.
اين پالس‌هاي الکتريکي با ايجاد ميدان‌هاي الكتريكي درست زير اين نانومداد، باعث قطبش نقاط روي اين سطح فروالکتريک مي‌شوند و در نتيجه نواحي قطبي کوچکي را ايجاد مي‌كنند. هرچه اين نواحي کوچک‌تر باشد، ميزان نزديك شدنشان به يكديگر بيشتر مي‌شود و اين سيستم مي‌تواند داده‌هاي بيشتري ذخيره کند.
به‌‌دليل وجود اين غلاف محافظ در اطراف اين نانولوله، اين افزاره مي‌تواند بدون نگراني از شکسته ‌‌‌شدن طويل‌تر شود. در مقايسه با نانولوله‌هاي لخت با طول صد نانومتر، طول اين کاوشگر جديد مي‌تواند يک تا دو ميکرومتر باشد. اين محققان تخمين مي‌زنند که يک نانومداد به طول يک ميکرومتر، مي‌تواند 5/11 کيلومتر از فيلم را بدون از دست دادن دقتش پيمايش کند، اين توانايي بيش از نيازي است كه بيشتر کاربردهاي ذخيرة داده دارند. اين محققان توضيح مي‌دهند که اين نانومداد برخلاف يک مداد گرافيتي بعد از تيز کردن اوليه، ديگر نيازي به تيز کردن ندارد.
نتايج اين تحقيق در مجلة Applied Physics Letters منتشر شده‌است.
  

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 ساخت يک ژل محيط کشت سه‌‌‌‌بعدي برگشت‌‌‌‌پذير 

محققان موفق به توليد يک ژل محيط کشت نانوکامپوزيت سيليکا و PEG سه‌بعدي شدند که به‌راحتي مي‌‌‌‌توان آن را از حالت ژل به مايع و برعکس تبديل کرد.

محققان توانستند ژل منحصربه‌فردي را توليد کنند که در هنگام نياز به مايع تبديل مي‌‌‌‌شود. اين ژل مي‌تواند در زمينة محيط کشت‌‌‌‌هاي سلولي سه‌‌‌‌بعدي در تحقيقات پزشکي، انقلابي به پا كند. در صورت اعمال يک نيروي متوسط برشي، اين ژل مايع شده و بعد از گذشت تنها يک دقيقه از برداشت نيرو دوباره به شكل جامد درمي‌‌‌‌آيد. اين پديدة تبديل حالت بين شكل ژل و جامد تيکسوتروپي، نام دارد.

محيط کشت سلولي سه‌‌‌‌بعدي در مقايسه با انواع دوبعدي آن‌ـ که روي سطحي صاف تهيه مي‌‌‌‌شوند‌ـ ديد بهتري از وقايع در حال اتفاق در بدن، به دست مي‌‌‌‌دهند، همچنين اين محيط‌‌‌‌ها در آزمون‌‌‌‌هاي غربال‌‌‌‌گري دارويي بسيار بهتر از انواع دوبعدي خود عمل مي‌‌‌‌کنند.

اين ژل از نانوکامپوزيت سيليکا و PEG در دماي اتاق و در شرايط خاص نگه‌‌‌‌داري تهيه شده‌است. از مزاياي اين ژل شکل مايع آن است كه اين ويژگي امكان جابه‌جايي راحت ميزان مورد نياز از سلول‌‌‌‌هاي درون محيط را به‌وسيلة پيپت فراهم مي‌آورد و برخلاف محيط‌‌‌‌هاي قديمي براي کندن سلول‌‌‌‌ها از محيط جامد به تريپسين نياز نيست. تريپسين به‌دليل خاصيت آنزيمي خود، به‌خصوص در محيط‌‌‌‌هاي کشت سلول‌‌‌‌هاي بنيادي، باعث آسيب رسيدن به سلول مي‌‌‌‌شود. محققان قادر به كنترل سختي اين ژل هستند؛ اين توانايي باعث مي‌شود تا سلول‌‌‌‌هاي بنيادي را از تيپ‌‌‌‌هاي سلولي مورد نظر خود متمايز کنند.

از خصوصيات ديگر اين ژل اين است که مي‌‌‌‌تواند ماتريکس خارج سلولي(ECM) را که به‌وسيلة سلول ايجاد مي‌‌‌‌شود، به دست دهد، در نتيجه مي‌‌‌‌توان ECM ايجادشده را در جواب به درمان‌‌‌‌هاي دارويي يا شرايط بيماري بررسي کرد.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]

 ‌‌دهي الکترودهاي عصبي با نانولوله‌ها و ضبط سيگنال‌هاي  

اخيراً يک گروه تحقيقاتي با استفاده از روکش‌دهي الکترودهاي عصبي با نانولوله‌هاي کربني، به شکل قابل‌توجهي کيفيت اندازه‌گيري‌هاي عملکرد مغزي را ارتقا داده‌اند. تحقيق آنها به‌طور بالقوه به دانشمندان امکان مي‌دهد تا اطلاعات بيشتري در مورد بيماري‌هاي مغزي مبتني بر اختلال در پالس‌هاي محرک الکتريکي (همانند پارکينسون و صرع)، به دست آورند.
  

 تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي از يک الکترود فلزي (ناحية تيره در وسط تصوير) که با نانولوله‌هاي کربني روکش داده شده است. 

يکي از محدوديت‌هاي ماشين‌هاي کنوني که براي ضبط سيگنال‌هاي مغزي مورد استفاده قرار مي‌گيرند، الکترودهاست؛ اين مواد يک مقاومت ذاتي به نام امپدانس در برابر جريان الکتريکي دارند که قابليت الکترودهاي مذکور را براي انتقال سيگنال‌هاي مغزي حساس تعديل مي‌کند و از سوي ديگر، کارايي اين ماشين‌ها را در زمان منتشر ساختن بارها کاهش مي‌دهد. اين امر زماني رخ مي‌دهد که اين ماشين‌ها براي شبيه‌سازي فعاليت سلول مغزي از طريق نورون‌هاي کشت‌شده مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
بنا به کشف اخير ادوارد کيفر از دانشکده پزشکي دانشگاه جنوب ‌غربي تگزاس، روکش‌دهي اين الکترودها با نانولوله‌هاي کربني‌اي که خصوصيات الکتريکي بسيار خوبي دارند، راه ‌حلي براي هر دو مشکل مذکور ارائه مي‌کند. وي در اين باره گفت:«زماني که درمان‌هاي مختلف با شکست مواجه مي‌شوند، مدولاسيون فعاليت مغزي براي حذف علائم بيماري‌هاي بسياري چون پارکينسون، افسردگي و صرع، بهترين درمان خواهد بود. سطح مشترک بين سلول‌هاي مغز و سطح الکترود کشت‌شده ميزان تأثير درمان را تعيين مي‌کند. ما مي‌توانيم از طريق روکش‌دهي سطوح الکترود با نانولوله‌هاي کربني، بازده اين سطح‌ مشترک سلول‌‌ـ‌‌الکترود را تا هزار برابر و حتي بيشتر، بهبود بخشيم.»
الکترودهاي مورد آزمايش اين محققان، قطعات مرکب تجاري‌ تيز و باريكي بودند که از تنگستن و سيم فولادي ضد زنگ ساخته‌ شده‌است. اين گروه در دو نمونة حيواني(قشر موتوري موش‌هاي صحرايي در حال بيهوشي و قشر بصري ميمون‌هاي ماکاکوي آسياي شرقي در حال بيداري) سيگنال‌هاي مغزي را با يک الکترود روکش‌داده‌شده با نانولوله‌ و يک الکترود بدون روکش گرفتند و نتايج را با هم مقايسه کردند.
در هر دو مورد الکترودهاي روکش‌ داده‌شده قدرت خواندن بسيار بهتري را از خود نشان داده بودند و هنگامي که اين گروه از روکشي استفاده كردند که ترکيبي از نانولوله‌هاي کربني و يک پليمر رسانا ‌بود، کارايي الکترودها باز هم ارتقا يافت.
علاوه‌ بر اين، تصاوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي نشان دادند که روکش‌هايي که براي ميمون‌ها استفاده گرديده‌اند، به‌وسيلة لاية مغزي بيروني مستحکمي که مادة دورا (dura) ناميده مي‌شود، آسيب نديده‌اند. نتايج اين تحقيق در مجلة Nanotech Nature منتشر شده‌است.

[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]