رفع چالشهای کلان پیشروی توسعه رایانهها با استفاده از فناورینانو. @nanotech1
رفع چالشهای کلان پیشروی توسعه رایانهها با استفاده از فناورینانو
@nanotech1
با ترکیب نوآوریهای حوزههای فناورینانو، علوم رایانه و علوم اعصاب، باید رویکردهای کاملا جدیدی را توسعه داد تا بتوان سختافزار و نرمافزاهایی که بتوانند رایانههای توانمند را ایجاد کنند، خلق کرد.
بشر به دنبال خلق انواع جدیدی از رایانه است که بتواند به طور فعالانه دادهها را تفسیر و تعبیر کرده و از آنها یادگیری داشته باشد، مسائل ناشناخته را با استفاده از آنچه که آموخته، حل نماید و به کارایی انرژی مغز انسان عمل کند.
این موضوع یکی از اولویتهای ملی برای ارتقای محاسبات دیجیتال رایج است. فناوریهای کنونی از نظر منطق، تواناییهای حل مساله و مصرف کمتر انرژی، نسبت به مغز انسان پایینتر است. بسیاری از کارشناسان پیشبینی میکنند که محدودیتهای فیزیکی بنیادی، مانع تحقق این ویژگیها از طریق فناوری ترازیستور میشود. این چالش کلان، مهندسان و دانشمندان رشتههای مختلف را گردهم آورده تا از رویکرد قدیمی دهههای گذشته در حوزه رایانه که مبتنی بر ساختار وُن نیومن (Von Neumann architecture) بوده و براساس پردازشگرهای مبتنی بر ترازیستور عمل میکنند، فراتر رفته و مسیری را طراحی کنند که مسیر سریع نوآوری را سریعتر از دهه گذشته طی نمایند.
برای رفع این چالش، باید در حوزه تجهیزات پایه که اطلاعات را ذخیره و پردازش میکنند و روشی که یک رایانه صداها، تصاویر و الگوها را تعبیر و تفسیر میکند و از دادهها میآموزد و با اتکا بر آنها، مسائل را شناسایی و حل میکند، پیشرفتهای اساسی صورت گیرد.
در این راستا، با ترکیب نوآوریهای حوزههای فناورینانو، علوم رایانه و علوم اعصاب، باید رویکردهای کاملا جدیدی را توسعه داد تا بتوان سختافزار و نرمافزاهایی که بتوانند رایانههای توانمند را ایجاد کنند، خلق کرد. @nanotech1
@nanotech1
با ترکیب نوآوریهای حوزههای فناورینانو، علوم رایانه و علوم اعصاب، باید رویکردهای کاملا جدیدی را توسعه داد تا بتوان سختافزار و نرمافزاهایی که بتوانند رایانههای توانمند را ایجاد کنند، خلق کرد.
بشر به دنبال خلق انواع جدیدی از رایانه است که بتواند به طور فعالانه دادهها را تفسیر و تعبیر کرده و از آنها یادگیری داشته باشد، مسائل ناشناخته را با استفاده از آنچه که آموخته، حل نماید و به کارایی انرژی مغز انسان عمل کند.
این موضوع یکی از اولویتهای ملی برای ارتقای محاسبات دیجیتال رایج است. فناوریهای کنونی از نظر منطق، تواناییهای حل مساله و مصرف کمتر انرژی، نسبت به مغز انسان پایینتر است. بسیاری از کارشناسان پیشبینی میکنند که محدودیتهای فیزیکی بنیادی، مانع تحقق این ویژگیها از طریق فناوری ترازیستور میشود. این چالش کلان، مهندسان و دانشمندان رشتههای مختلف را گردهم آورده تا از رویکرد قدیمی دهههای گذشته در حوزه رایانه که مبتنی بر ساختار وُن نیومن (Von Neumann architecture) بوده و براساس پردازشگرهای مبتنی بر ترازیستور عمل میکنند، فراتر رفته و مسیری را طراحی کنند که مسیر سریع نوآوری را سریعتر از دهه گذشته طی نمایند.
برای رفع این چالش، باید در حوزه تجهیزات پایه که اطلاعات را ذخیره و پردازش میکنند و روشی که یک رایانه صداها، تصاویر و الگوها را تعبیر و تفسیر میکند و از دادهها میآموزد و با اتکا بر آنها، مسائل را شناسایی و حل میکند، پیشرفتهای اساسی صورت گیرد.
در این راستا، با ترکیب نوآوریهای حوزههای فناورینانو، علوم رایانه و علوم اعصاب، باید رویکردهای کاملا جدیدی را توسعه داد تا بتوان سختافزار و نرمافزاهایی که بتوانند رایانههای توانمند را ایجاد کنند، خلق کرد. @nanotech1
ساخت آزمایشگاهی نانوکاتالیستی ارزان جهت تصفیهی پسابهای حاوی مواد آلی و رنگی. @nanotech1
تبریز: ساخت آزمایشگاهی نانوکاتالیستی ارزان جهت تصفیهی پسابهای حاوی مواد آلی و رنگی
@nanotech1
محققان دانشگاه تبریز نانوکاتالیستهایی را جهت تصفیهی پسابهای حاوی مواد رنگزا طراحی نمودهاند که قادر است بازده تصفیه را افزایش دهد. نانوکاتالیست پیشنهادی از مواد اولیهای ارزان که به وفور در کشور وجود دارد و به روشی ساده تهیه شده است. این تحقیقات در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفته است.
در صورتی که پسابهای رنگی بدون تصفیه به محیط زیست تخلیه شوند، میتوانند به طرق مختلف اکوسیستم آبی را بطور نامطلوبی تحت تأثیر قرار دهند و به مرور زمان سبب تخریب محیط زیست گردند. در حال حاضر چندین روش مانند لخته سازی، فیلتراسیون غشایی، جذب سطـحی و جذب توسط کربن فعـال برای تصفـیهی پساب حاوی آلایندههای آلی و رنگزا به کار میروند. ولی این فرآیندها نمیتوانند راه حل قاطعی برای حذف آلایندههای آلی از آب باشند.
دکتر علیرضا ختائی در خصوص هدف دنبال شده در این طرح به منظور تصفیهی بهتر پسابهای رنگی عنوان کرد: « فرآیند سونوکاتالیستی هتروژن از جمله فرآیندهای کارآمد اکسایش پیشرفته است. این فرایند به دلیل واکنش با طیف وسیعی از ترکیبات آلی و عدم ایجاد مواد آلایندهی سمی در حین واکنش اکسیداسیون، روشی بسیار مؤثر در حذف آلایندههای مقاوم از محیط آبی به شمار میرود. فرایند سونوکاتالیستی هتروژن نسبت به سایر روشهای ذکر شده مقرون به صرفهتر و سادهتر است. در این طرح به ساخت و بررسی نانوکاتالیستی کاربردی برای این فرایند پرداخته شد. این نانوکاتالیست از سنگ معدن طبیعی پیریت تهیه شده است.»
از آنجا که سنگ معدن پیریت در ایران به فراوانی یافت میشود، هزینهی پایینتری در مقایسه با استفاده از سایر کاتالیستهای سنتزی دارد. از طرفی با کاهش ابعاد پیریت و تبدیل آن به نانوساختارهای مربوطه، امکان افزایش مساحت سطح و به تبع آن بالا بردن کارایی این کاتالیست وجود دارد.
به گفتهی این محقق در این کار پژوهشی از روش ساده، ارزان و بی ضرر پلاسما برای تولید نانوساختارهای پیریت از سنگ معدن مربوطه استفاده شده است. طبق نتایج حاصل شده راندمان رنگزدائی در حضور نانوساختارهای پیریت فرآوری شده با پلاسما نسبت به پیریت طبیعی بیشتر است.
از آنجا که پیریت فراوانترین سولفیـد فلـزی روی سطـح زمیـن بوده و در ایران نیز به فراوانی یافت میشود، لذا امکان تکمیل فاز مطالعاتی و دستیابی به تولید انبوه این نانوکاتالیست دور از انتظار نیست. در این صورت میتوان از فرآیند سونوکاتالیستی هتروژن با استفاده از نانوساختارهای پیریت در حذف مواد رنگزای موجود در فاضلاب خروجی صنایع نساجی و رنگرزی و یا آلایندههای آلی مختلف، که در برابر سایر روشهای تصفیه مقاومند، استفاده کرد.
ختائی درادامه به نحوهی ساخت و بررسی نانوکاتالیست پیریت پرداخت و افزود: «در این کار تحقیقاتی، میکروذرات پیریت طبیعی به روش پلاسمای تخلیهی تابان گاز آرگون فرآوری شده و به نانوساختارهای مربوطه تبدیل گردید. به منظور بررسی خواص این نانوساختار و نیز تعیین مشخصات آن از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آزمونهای پـراش اشـعه ایکـس (XRD)، طیـف سنجـی تبـدیل فـوریه مـادون قرمـز (FT-IR) و روش برانوار- امت- تلر (BET) بهره گرفته شده است. در ادمه از نانوساختارهای پیریت به دست آمده در فرآیند سونوکاتالیستی هتروژن جهت تخریب مادهی رنگزای راکتیو قرمز 84 استفاده شد. تأثیر پارامترهای عملیاتی مانند pH اولیهی محلول، غلظت کاتالیست، غلظت مادهی رنگزا، قدرت امواج فراصوت و حضور نمکهای معدنی بر راندمان رنگزدائی راکتیو قرمز 84 بررسی شد و در نهایت پایداری و امکان استفادهی مجدد از کاتالیست و حدواسطهای ناشی از این فرآیند نیز تعیین شد.»
نتایج این کار تحقیقاتی در مجلهی Ultrasonics Sonochemistry (جلد 29، سال 2016، صفحات 213 تا 225) به چاپ رسیده است. دکتر علیرضا ختائی- عضو هیأت علمی دانشگاه تبریز، پیمان غلامی-دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی این دانشگاه و دکتر بهروز وحید- عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز در انجام این طرح همکاری داشتهاند. @nanotech1
@nanotech1
محققان دانشگاه تبریز نانوکاتالیستهایی را جهت تصفیهی پسابهای حاوی مواد رنگزا طراحی نمودهاند که قادر است بازده تصفیه را افزایش دهد. نانوکاتالیست پیشنهادی از مواد اولیهای ارزان که به وفور در کشور وجود دارد و به روشی ساده تهیه شده است. این تحقیقات در مقیاس آزمایشگاهی صورت گرفته است.
در صورتی که پسابهای رنگی بدون تصفیه به محیط زیست تخلیه شوند، میتوانند به طرق مختلف اکوسیستم آبی را بطور نامطلوبی تحت تأثیر قرار دهند و به مرور زمان سبب تخریب محیط زیست گردند. در حال حاضر چندین روش مانند لخته سازی، فیلتراسیون غشایی، جذب سطـحی و جذب توسط کربن فعـال برای تصفـیهی پساب حاوی آلایندههای آلی و رنگزا به کار میروند. ولی این فرآیندها نمیتوانند راه حل قاطعی برای حذف آلایندههای آلی از آب باشند.
دکتر علیرضا ختائی در خصوص هدف دنبال شده در این طرح به منظور تصفیهی بهتر پسابهای رنگی عنوان کرد: « فرآیند سونوکاتالیستی هتروژن از جمله فرآیندهای کارآمد اکسایش پیشرفته است. این فرایند به دلیل واکنش با طیف وسیعی از ترکیبات آلی و عدم ایجاد مواد آلایندهی سمی در حین واکنش اکسیداسیون، روشی بسیار مؤثر در حذف آلایندههای مقاوم از محیط آبی به شمار میرود. فرایند سونوکاتالیستی هتروژن نسبت به سایر روشهای ذکر شده مقرون به صرفهتر و سادهتر است. در این طرح به ساخت و بررسی نانوکاتالیستی کاربردی برای این فرایند پرداخته شد. این نانوکاتالیست از سنگ معدن طبیعی پیریت تهیه شده است.»
از آنجا که سنگ معدن پیریت در ایران به فراوانی یافت میشود، هزینهی پایینتری در مقایسه با استفاده از سایر کاتالیستهای سنتزی دارد. از طرفی با کاهش ابعاد پیریت و تبدیل آن به نانوساختارهای مربوطه، امکان افزایش مساحت سطح و به تبع آن بالا بردن کارایی این کاتالیست وجود دارد.
به گفتهی این محقق در این کار پژوهشی از روش ساده، ارزان و بی ضرر پلاسما برای تولید نانوساختارهای پیریت از سنگ معدن مربوطه استفاده شده است. طبق نتایج حاصل شده راندمان رنگزدائی در حضور نانوساختارهای پیریت فرآوری شده با پلاسما نسبت به پیریت طبیعی بیشتر است.
از آنجا که پیریت فراوانترین سولفیـد فلـزی روی سطـح زمیـن بوده و در ایران نیز به فراوانی یافت میشود، لذا امکان تکمیل فاز مطالعاتی و دستیابی به تولید انبوه این نانوکاتالیست دور از انتظار نیست. در این صورت میتوان از فرآیند سونوکاتالیستی هتروژن با استفاده از نانوساختارهای پیریت در حذف مواد رنگزای موجود در فاضلاب خروجی صنایع نساجی و رنگرزی و یا آلایندههای آلی مختلف، که در برابر سایر روشهای تصفیه مقاومند، استفاده کرد.
ختائی درادامه به نحوهی ساخت و بررسی نانوکاتالیست پیریت پرداخت و افزود: «در این کار تحقیقاتی، میکروذرات پیریت طبیعی به روش پلاسمای تخلیهی تابان گاز آرگون فرآوری شده و به نانوساختارهای مربوطه تبدیل گردید. به منظور بررسی خواص این نانوساختار و نیز تعیین مشخصات آن از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آزمونهای پـراش اشـعه ایکـس (XRD)، طیـف سنجـی تبـدیل فـوریه مـادون قرمـز (FT-IR) و روش برانوار- امت- تلر (BET) بهره گرفته شده است. در ادمه از نانوساختارهای پیریت به دست آمده در فرآیند سونوکاتالیستی هتروژن جهت تخریب مادهی رنگزای راکتیو قرمز 84 استفاده شد. تأثیر پارامترهای عملیاتی مانند pH اولیهی محلول، غلظت کاتالیست، غلظت مادهی رنگزا، قدرت امواج فراصوت و حضور نمکهای معدنی بر راندمان رنگزدائی راکتیو قرمز 84 بررسی شد و در نهایت پایداری و امکان استفادهی مجدد از کاتالیست و حدواسطهای ناشی از این فرآیند نیز تعیین شد.»
نتایج این کار تحقیقاتی در مجلهی Ultrasonics Sonochemistry (جلد 29، سال 2016، صفحات 213 تا 225) به چاپ رسیده است. دکتر علیرضا ختائی- عضو هیأت علمی دانشگاه تبریز، پیمان غلامی-دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی این دانشگاه و دکتر بهروز وحید- عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز در انجام این طرح همکاری داشتهاند. @nanotech1
استفاده از نانوسیم نقره و گرافن برای ساخت الکترود شفاف
@nanotech1
محققانی از کرهجنوبی موفق شدند با ترکیب نانوسیم نقره، گرافن و نوعی پلیمر، پلیمر شفاف رسانایی تولید کنند که میتواند جایگزین اکسید قلع ایندیم در ادوات الکترونیکی شود.
تصور کنید که روشنایی فضای منزل را با یک پنل صاف ارزان قیمت که زیستسازگار بوده و به دلیل تولید حرارت کم، بسیار کم مصرف است، تامین میکنید. حالا تصور کنید که این پنلها میتوانند از جنس کاغذ یا پارچه باشند و به هر شکلی که مایل باشید در آیند. بنابراین، به راحتی میتوان آن را در فضای داخل منزل جا داد و به اشکال دلخواه در آورد. این سیستمهای روشنایی را میتوان درون خودروها و حتی لباسها قرار دارد.
اخیرا مقالهای با عنوان "Flexible organic light-emitting diodes (OLEDs) for solid-state lighting" در نشریه Journal of Photonics for Energy منتشر شده که در آن محققان کرهای دانشگاه علوم و فناوری کرهجنوبی جزئیات مربوط به دستاوردهای خود در ساخت الکترودهای انعطافپذیر، روشهای کپسوله کردن انعطافپذیر و زیرلایههای انعطافپذیر را برای ساخت چنین پنلی ارائه کردهاند.
OLEDها یکی از گزینههای دانشمندان برای تولید نور در سیستمهای روشنایی است. دلیل این، امر نازک بودن، سبک بودن و مصرف انرژی پایین در این سیستمها است. شرکتهایی نظیر فیلیپس و الجی ساخت پنلهای OLED را آغاز کردهاند که میتواند نور عاری از پرتو فرابنفش تولید کند که گرمای بسیار کمی داشته و نیاز به لامپ ندارد.
فرانکی سو از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی میگوید: « روند رو به توسعه OLEDها به سمتی است که در آینده نزدیک آنها را میتوان روی زیرلایههای پلاستیکی، سبک و با دوام قرار داد. در این مقاله، محققان به بررسی چالشها و راهکارهای این پروژه پرداختهاند.»
مین هو پارک از محققان این پروژه به بررسی الکترودهای شفاف مختلف پرداخته است تا از آن بهعنوان گزینه جایگزین برای اکسید قلع ایندیم استفاده کند. اکسید قلع ایندیم به دلیل شکنندگی و قیمت بالا محدودیتهایی دارد. به همین دلیل محققان به دنبال ساخت الکترودهای کم نقص، انعطافپذیر، رسانا و تابع کار بالا هستند.
این گروه تحقیقاتی با استفاده از ترکیب نانوسیم نقره، پلیمر رسانا و گرافن با ساختار چند لایه دیالکتریک-فلز-دیالکتریک موفق به ارائه الکترود انعطافپذیر جدید شدند. @nanotech1
@nanotech1
محققانی از کرهجنوبی موفق شدند با ترکیب نانوسیم نقره، گرافن و نوعی پلیمر، پلیمر شفاف رسانایی تولید کنند که میتواند جایگزین اکسید قلع ایندیم در ادوات الکترونیکی شود.
تصور کنید که روشنایی فضای منزل را با یک پنل صاف ارزان قیمت که زیستسازگار بوده و به دلیل تولید حرارت کم، بسیار کم مصرف است، تامین میکنید. حالا تصور کنید که این پنلها میتوانند از جنس کاغذ یا پارچه باشند و به هر شکلی که مایل باشید در آیند. بنابراین، به راحتی میتوان آن را در فضای داخل منزل جا داد و به اشکال دلخواه در آورد. این سیستمهای روشنایی را میتوان درون خودروها و حتی لباسها قرار دارد.
اخیرا مقالهای با عنوان "Flexible organic light-emitting diodes (OLEDs) for solid-state lighting" در نشریه Journal of Photonics for Energy منتشر شده که در آن محققان کرهای دانشگاه علوم و فناوری کرهجنوبی جزئیات مربوط به دستاوردهای خود در ساخت الکترودهای انعطافپذیر، روشهای کپسوله کردن انعطافپذیر و زیرلایههای انعطافپذیر را برای ساخت چنین پنلی ارائه کردهاند.
OLEDها یکی از گزینههای دانشمندان برای تولید نور در سیستمهای روشنایی است. دلیل این، امر نازک بودن، سبک بودن و مصرف انرژی پایین در این سیستمها است. شرکتهایی نظیر فیلیپس و الجی ساخت پنلهای OLED را آغاز کردهاند که میتواند نور عاری از پرتو فرابنفش تولید کند که گرمای بسیار کمی داشته و نیاز به لامپ ندارد.
فرانکی سو از دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی میگوید: « روند رو به توسعه OLEDها به سمتی است که در آینده نزدیک آنها را میتوان روی زیرلایههای پلاستیکی، سبک و با دوام قرار داد. در این مقاله، محققان به بررسی چالشها و راهکارهای این پروژه پرداختهاند.»
مین هو پارک از محققان این پروژه به بررسی الکترودهای شفاف مختلف پرداخته است تا از آن بهعنوان گزینه جایگزین برای اکسید قلع ایندیم استفاده کند. اکسید قلع ایندیم به دلیل شکنندگی و قیمت بالا محدودیتهایی دارد. به همین دلیل محققان به دنبال ساخت الکترودهای کم نقص، انعطافپذیر، رسانا و تابع کار بالا هستند.
این گروه تحقیقاتی با استفاده از ترکیب نانوسیم نقره، پلیمر رسانا و گرافن با ساختار چند لایه دیالکتریک-فلز-دیالکتریک موفق به ارائه الکترود انعطافپذیر جدید شدند. @nanotech1
نانوذرات پروتئینی؛ نسل جدید حسگرهای مغناطیسی سلولی
@nanotech1
اخیراً مهندسان دانشگاه MIT نانو ذرات پروتئینی مغناطیسی طراحی کردند که برای ردیابی سلولها یا برای رصد کردن برهمکنشهای درون سلول میتوان از آنها استفاده کرد.
پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) نانو ذرات پروتئینی جدیدی ساختند که این امکان را برای دانشمندان فراهم میسازند تا سلولها و برهمکنشهای درون آنها را ردیابی کنند. آنها نانو ذرات پروتئینی مغناطیسی طراحی کردند که برای ردیابی سلولها یا برای رصد کردن برهمکنشهای درون سلول میتوان از آنها استفاده کرد. این ذرات نمونه ارتقا یافته از پروتئینهای طبیعی با خاصیت مغناطیسی اندک یعنی فریتین میباشند. نتایج این تحقیق در مجلهی Nature Communication چاپ شده است.
آقای جاسانوف، استاد مهندسی زیستی و یکی از نویسندگان این مقاله میگوید: « ما از مهندسی پروتئین برای بهبود و افزایش خاصیت مغناطیسی فریتین استفاده کردیم.»
این نانو ذرات پروتئینی مغناطیسی را میتوان درون سلولها تولید کرد، بنابراین میتوان از سلولها تصویربرداری و یا با استفاده از روشهای مغناطیسی از سلولها نگهداری کرد. این روش نیاز به علامتگذاری سلولها توسط ذرات سنتزی را حذف میکند و امکان شناسایی دیگر مولکولها درون سلولها را نیز فراهم میکند.
تحقیقاتی که تاکنون انجام گرفته است همگی منجر به سنتز ذرات مغناطیسی برای تصویربرداری یا ردیابی سلولها میشوند، اما انتقال این ذرات به درون سلولهای هدف بسیار مشکل میباشد. جاسانوف و گروه تحقیقاتی او در این تحقیق، ذرات مغناطیسی تهیه کردند که به صورت ژنتیکی رمزنگاری شدهاند. در این رویکرد، محققان ژنی برای تولید یک پروتئین مغناطیسی، درون سلولهای هدف انتقال می دهند که باعث میشود خود سلول پروتئینهای مغناطیسی تولید کند.
جاسانوف میگوید: « بجای ساختن یک نانوذره در آزمایشکاه و اتصال آن به سلولها یا تزریق آن به درون سلولها، تمام کاری که باید انجام دهیم این است که یک ژن که این پروتئین را رمزنگاری کرده است به درون سلول وارد کنیم.»
پژوهشگران برای شروع از فریتین استفاده کردند که منبعی از اتمهای آهن را به درون سلولها حمل میکند. همهی سلولها به آهن به عنوان بخشی از متابلویسم آنزیمها نیاز دارند. این محققان به امید ایجاد یک مدل مغناطیسیتر فریتین، در حدود ده میلیون گونه ایجاد کردند و آنها را برای سلولهای مخمر تست کردند. بعد از بررسیهای بسیار و تکرار آزمایشات محققان از نمونه فریتین تقویت شده اصلاح سازی شده با یک برچسب پروتئینی برای تهیه حسگر مغناطیسی استفاده کردند که این برچسب نیز میتواند به نوبه خود با پروتئین استرپتاویدین اتصال یابد. چنین سیستمی این امکان را فراهم میآورد تا حضور استرپتاویدین در سلولهای مخمر تشخیص داده شود. چنین رویکردی را می توان برای شناسایی دیگر برهمکنشها نیز بکار برد. این پروتئین تغییر شکل یافته به نظر میرسد که بهخوبی بر مشکل فریتین یعنی قابلیت اندک جذب آهن برروی آن غلبه کرده است. توانایی تهیه شناساگرهای مغناطیسی برای MRI بسیار هیجانانگیز است.
به دلیل اینکه فریتینهای مهندسی شده به صورت ژنتیکی رمزگذاری شدهاند، میتوانند درون سلولها تولید شوند. این سلولها به گونهای برنامهریزی شدهاند که تحت شرایط ویژه همچون هنگامی که سلولها سیگنال خارجی دریافت میکنند، یا زمانی که سلول تقسیم میشود یا وقتی که سلول به نوع دیگری از سلول تبدیل میشوند، این ذرات مغناطیسی درون سلول تولید شوند. محققان با استفاده از MRI میتوانند چنین فعالیتهایی را ردیابی کنند و قادراند پدیدههایی همچون ارتباط بین نرونها، فعال سازی سلولهای ایمنی و پدیدههای دیگر را مشاهده و بررسی کنند. چنین حسگرهایی می توانند برای رصد کارایی و تاثیر درمانهای سلولهای بنیادی مورد استفاده قرار گیرند. همچنان که درمانهای بر پایهی سلولهای بنیادی توسعه مییابند، ضروری است تا ابزارهای غیرتهاجمی نیز توسعه یابند. بدون این نوع رصد و نظارت، تعیین تاثیر روشهای درمانی بسیار مشکل میباشد.
اکنون محققان در حال وفق دادن و هماهنگ کردن حسگرهای مغناطیسی با سلولهای پستانداران میباشند. همچنین آنها تلاش میکنند تا فریتین با خاصیت مغناطیسی بیشتر تولید کنند. @nanotech1
@nanotech1
اخیراً مهندسان دانشگاه MIT نانو ذرات پروتئینی مغناطیسی طراحی کردند که برای ردیابی سلولها یا برای رصد کردن برهمکنشهای درون سلول میتوان از آنها استفاده کرد.
پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) نانو ذرات پروتئینی جدیدی ساختند که این امکان را برای دانشمندان فراهم میسازند تا سلولها و برهمکنشهای درون آنها را ردیابی کنند. آنها نانو ذرات پروتئینی مغناطیسی طراحی کردند که برای ردیابی سلولها یا برای رصد کردن برهمکنشهای درون سلول میتوان از آنها استفاده کرد. این ذرات نمونه ارتقا یافته از پروتئینهای طبیعی با خاصیت مغناطیسی اندک یعنی فریتین میباشند. نتایج این تحقیق در مجلهی Nature Communication چاپ شده است.
آقای جاسانوف، استاد مهندسی زیستی و یکی از نویسندگان این مقاله میگوید: « ما از مهندسی پروتئین برای بهبود و افزایش خاصیت مغناطیسی فریتین استفاده کردیم.»
این نانو ذرات پروتئینی مغناطیسی را میتوان درون سلولها تولید کرد، بنابراین میتوان از سلولها تصویربرداری و یا با استفاده از روشهای مغناطیسی از سلولها نگهداری کرد. این روش نیاز به علامتگذاری سلولها توسط ذرات سنتزی را حذف میکند و امکان شناسایی دیگر مولکولها درون سلولها را نیز فراهم میکند.
تحقیقاتی که تاکنون انجام گرفته است همگی منجر به سنتز ذرات مغناطیسی برای تصویربرداری یا ردیابی سلولها میشوند، اما انتقال این ذرات به درون سلولهای هدف بسیار مشکل میباشد. جاسانوف و گروه تحقیقاتی او در این تحقیق، ذرات مغناطیسی تهیه کردند که به صورت ژنتیکی رمزنگاری شدهاند. در این رویکرد، محققان ژنی برای تولید یک پروتئین مغناطیسی، درون سلولهای هدف انتقال می دهند که باعث میشود خود سلول پروتئینهای مغناطیسی تولید کند.
جاسانوف میگوید: « بجای ساختن یک نانوذره در آزمایشکاه و اتصال آن به سلولها یا تزریق آن به درون سلولها، تمام کاری که باید انجام دهیم این است که یک ژن که این پروتئین را رمزنگاری کرده است به درون سلول وارد کنیم.»
پژوهشگران برای شروع از فریتین استفاده کردند که منبعی از اتمهای آهن را به درون سلولها حمل میکند. همهی سلولها به آهن به عنوان بخشی از متابلویسم آنزیمها نیاز دارند. این محققان به امید ایجاد یک مدل مغناطیسیتر فریتین، در حدود ده میلیون گونه ایجاد کردند و آنها را برای سلولهای مخمر تست کردند. بعد از بررسیهای بسیار و تکرار آزمایشات محققان از نمونه فریتین تقویت شده اصلاح سازی شده با یک برچسب پروتئینی برای تهیه حسگر مغناطیسی استفاده کردند که این برچسب نیز میتواند به نوبه خود با پروتئین استرپتاویدین اتصال یابد. چنین سیستمی این امکان را فراهم میآورد تا حضور استرپتاویدین در سلولهای مخمر تشخیص داده شود. چنین رویکردی را می توان برای شناسایی دیگر برهمکنشها نیز بکار برد. این پروتئین تغییر شکل یافته به نظر میرسد که بهخوبی بر مشکل فریتین یعنی قابلیت اندک جذب آهن برروی آن غلبه کرده است. توانایی تهیه شناساگرهای مغناطیسی برای MRI بسیار هیجانانگیز است.
به دلیل اینکه فریتینهای مهندسی شده به صورت ژنتیکی رمزگذاری شدهاند، میتوانند درون سلولها تولید شوند. این سلولها به گونهای برنامهریزی شدهاند که تحت شرایط ویژه همچون هنگامی که سلولها سیگنال خارجی دریافت میکنند، یا زمانی که سلول تقسیم میشود یا وقتی که سلول به نوع دیگری از سلول تبدیل میشوند، این ذرات مغناطیسی درون سلول تولید شوند. محققان با استفاده از MRI میتوانند چنین فعالیتهایی را ردیابی کنند و قادراند پدیدههایی همچون ارتباط بین نرونها، فعال سازی سلولهای ایمنی و پدیدههای دیگر را مشاهده و بررسی کنند. چنین حسگرهایی می توانند برای رصد کارایی و تاثیر درمانهای سلولهای بنیادی مورد استفاده قرار گیرند. همچنان که درمانهای بر پایهی سلولهای بنیادی توسعه مییابند، ضروری است تا ابزارهای غیرتهاجمی نیز توسعه یابند. بدون این نوع رصد و نظارت، تعیین تاثیر روشهای درمانی بسیار مشکل میباشد.
اکنون محققان در حال وفق دادن و هماهنگ کردن حسگرهای مغناطیسی با سلولهای پستانداران میباشند. همچنین آنها تلاش میکنند تا فریتین با خاصیت مغناطیسی بیشتر تولید کنند. @nanotech1
نانوسیکروتون: ابررسانایی با مدارهای ساده
@nanotech1
اخیراً محققان موسسه فناوری ماساچوست موفق به طراحی یک مدار جدید شدند که با استفاده از آن ساخت ابزارهای ابررسانای ساده با هزینه ی کمتر امکان پذیر میباشد. اگرچه سرعت این مدارها، احتمالاً در حد تراشههای امروزی نمیباشد اما، این تراشهها قادر به حل مشکل خواندن نتایج محاسبات انجام شده با اتصالات جوزفون میباشند.
طراحیهای جدید مدارها میتواند راه را برای تراشههای کامپیوتری ابررسانا بازکند. تراشههای کامپیوتری با مدارهای ابررسانا (مدارهایی با مقاومت الکتریکی صفر) در مقایسه با تراشههای متداول امروزی به میزان 50 تا 100 برابر در مصرف انرژی، بهینهتر عمل میکنند و باعث شدهاند تا مراکز عظیم اطلاعات که اکثر سایتهای معروف را اداره میکنند به فکر استفاده از این تراشههای جدید باشند. همچنین تراشههای ابررسانا دارای قدرت پردازش بیشتری میباشند بطوری که این تراشهها که از اتصالات جوزفون استفاده میکنند به میزان 500 برابر سریعتر از تراشههای استفاده شده در آیفون6 میباشند. اما تراشه های ابررسانا ( اتصال جوزفون ) دارای اندازه بزرگی میباشند و استفاده از آنها مشکل میباشد. مشکل اساسیتر این است که این تراشهها از جریانات بسیار ناچیز استفاده میکنند و بنابراین نتایج محاسبات آنها به سختی قابل تشخیص میباشد و از این رو کاربردهای آنها محدود شده است.
اخیراً محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) موفق به طراحی یک مدار جدید شدند که با استفاده از آن ساخت ابزارهای ابررسانای ساده با هزینه ی کمتر امکان پذیر میباشد. اگرچه سرعت این مدارها، احتمالاً در حد تراشههای امروزی نمیباشد اما، این تراشهها قادر به حل مشکل خواندن نتایج محاسبات انجام شده با اتصالات جوزفون میباشند. این محققان ابزار خود را نانوسیکروتون مینامند. سیکروتون زمانی توجهات بسیاری را به خود جلب کرد؛ اما با کشف و پیدایش مدارهای ادغام یافته، اهمیت آنها تحت شعاع قرار گرفت.
آقای مک کاگان میگوید: « در دنیای الکترونیک-ابررسانا شاهد حضور و حذف ابزارهای بسیار زیادی هستیم بدون اینکه کاربردی برای آنها ارایه شود. اما در این پژوهش، ما از ابزار خود برای کاربردهایی که در ارتباط با محاسبات ابررسانا و محاسبات کوانتومی میباشند، استفاده کردیم.» تراشههای ابررسانا در آشکارسازهای نوری که قادر به ثبت دریافت یک ذرهی نوری منفرد با یک فوتون میباشند، استفاده شدند. این مثال یکی از کاربردهایی است که محققان از نانوسیکروتون استفاده کردند.
ابررساناها هیچگونه مقاومت الکتریکی ندارند، این بدین معنی است که الکترونها بهصورت کاملاً آزادانه میتوانند درون آنها حرکت کنند. حتی بهترین رساناهای استاندارد ( همانند سیمهای مسی در خطوط تلفن یا تراشه های کامپیوتری متداول ) دارای مقداری مقاومت الکتریکی میباشند. برای غلبه براین مقاومت، لازم است تا ولتاژ عملیاتی بسیار بالاتر از مقادیر ولتاژ در یک ابررسانا باشد. هنگامی که الکترونها شروع به حرکت در یک تراشهی معمولی میکنند، آنها بهصورت تصادفی با اتمها برخورد میکنند و انرژی بهصورت گرما تلف میشود.
ابررساناها مواد معمولی هستند که تا دماهای بسیار پایین سرد شدهاند. در این دماها ارتعاشات اتمها کاهش مییابند، بنابراین الکترون ها بدون تداخل با اتمها مسیر را طی میکنند. آزمایشگاه تحقیقاتی آقای برگن برروی مدارهای ابررسانای ساخته شده از نئوبیومنیترید تمرکز یافته است که دارای دمای عملیاتی نسبتاً بالای 16 کلوین یا منفی 257 درجه سانتیگراد میباشد. این دما توسط هلیوم مایع قابل دسترسی میباشد. سیستم سردکننده ی هلیوم مایع سبب افزایش مصرف انرژی یک تراشه ابررسانا میشود اما این میزان انرژی در حدود یک درصد انرژی مصرف شده توسط یک تراشهی معمولی میباشد، بنابراین بازهم مقادیر زیادی انرژی ذخیره میشود.
آقای موخانوف میگوید:« این ابزار جدید چندین مزیت عمده دارد، اول از همه این ساختارها بسیار فشرده میباشند زیرا درحقیقت یک نانوسیم میباشند. یکی از مشکلات ابررساناهای اتصالات جوزفون اندازه ی بسیار بزرگ آنها میباشد. دوم اینکه نانوسیکروتون برخلاف اتصالات جوزفون که دارای دو پایانه میباشد، سه پایانهای هستند. » @nanotech1
@nanotech1
اخیراً محققان موسسه فناوری ماساچوست موفق به طراحی یک مدار جدید شدند که با استفاده از آن ساخت ابزارهای ابررسانای ساده با هزینه ی کمتر امکان پذیر میباشد. اگرچه سرعت این مدارها، احتمالاً در حد تراشههای امروزی نمیباشد اما، این تراشهها قادر به حل مشکل خواندن نتایج محاسبات انجام شده با اتصالات جوزفون میباشند.
طراحیهای جدید مدارها میتواند راه را برای تراشههای کامپیوتری ابررسانا بازکند. تراشههای کامپیوتری با مدارهای ابررسانا (مدارهایی با مقاومت الکتریکی صفر) در مقایسه با تراشههای متداول امروزی به میزان 50 تا 100 برابر در مصرف انرژی، بهینهتر عمل میکنند و باعث شدهاند تا مراکز عظیم اطلاعات که اکثر سایتهای معروف را اداره میکنند به فکر استفاده از این تراشههای جدید باشند. همچنین تراشههای ابررسانا دارای قدرت پردازش بیشتری میباشند بطوری که این تراشهها که از اتصالات جوزفون استفاده میکنند به میزان 500 برابر سریعتر از تراشههای استفاده شده در آیفون6 میباشند. اما تراشه های ابررسانا ( اتصال جوزفون ) دارای اندازه بزرگی میباشند و استفاده از آنها مشکل میباشد. مشکل اساسیتر این است که این تراشهها از جریانات بسیار ناچیز استفاده میکنند و بنابراین نتایج محاسبات آنها به سختی قابل تشخیص میباشد و از این رو کاربردهای آنها محدود شده است.
اخیراً محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) موفق به طراحی یک مدار جدید شدند که با استفاده از آن ساخت ابزارهای ابررسانای ساده با هزینه ی کمتر امکان پذیر میباشد. اگرچه سرعت این مدارها، احتمالاً در حد تراشههای امروزی نمیباشد اما، این تراشهها قادر به حل مشکل خواندن نتایج محاسبات انجام شده با اتصالات جوزفون میباشند. این محققان ابزار خود را نانوسیکروتون مینامند. سیکروتون زمانی توجهات بسیاری را به خود جلب کرد؛ اما با کشف و پیدایش مدارهای ادغام یافته، اهمیت آنها تحت شعاع قرار گرفت.
آقای مک کاگان میگوید: « در دنیای الکترونیک-ابررسانا شاهد حضور و حذف ابزارهای بسیار زیادی هستیم بدون اینکه کاربردی برای آنها ارایه شود. اما در این پژوهش، ما از ابزار خود برای کاربردهایی که در ارتباط با محاسبات ابررسانا و محاسبات کوانتومی میباشند، استفاده کردیم.» تراشههای ابررسانا در آشکارسازهای نوری که قادر به ثبت دریافت یک ذرهی نوری منفرد با یک فوتون میباشند، استفاده شدند. این مثال یکی از کاربردهایی است که محققان از نانوسیکروتون استفاده کردند.
ابررساناها هیچگونه مقاومت الکتریکی ندارند، این بدین معنی است که الکترونها بهصورت کاملاً آزادانه میتوانند درون آنها حرکت کنند. حتی بهترین رساناهای استاندارد ( همانند سیمهای مسی در خطوط تلفن یا تراشه های کامپیوتری متداول ) دارای مقداری مقاومت الکتریکی میباشند. برای غلبه براین مقاومت، لازم است تا ولتاژ عملیاتی بسیار بالاتر از مقادیر ولتاژ در یک ابررسانا باشد. هنگامی که الکترونها شروع به حرکت در یک تراشهی معمولی میکنند، آنها بهصورت تصادفی با اتمها برخورد میکنند و انرژی بهصورت گرما تلف میشود.
ابررساناها مواد معمولی هستند که تا دماهای بسیار پایین سرد شدهاند. در این دماها ارتعاشات اتمها کاهش مییابند، بنابراین الکترون ها بدون تداخل با اتمها مسیر را طی میکنند. آزمایشگاه تحقیقاتی آقای برگن برروی مدارهای ابررسانای ساخته شده از نئوبیومنیترید تمرکز یافته است که دارای دمای عملیاتی نسبتاً بالای 16 کلوین یا منفی 257 درجه سانتیگراد میباشد. این دما توسط هلیوم مایع قابل دسترسی میباشد. سیستم سردکننده ی هلیوم مایع سبب افزایش مصرف انرژی یک تراشه ابررسانا میشود اما این میزان انرژی در حدود یک درصد انرژی مصرف شده توسط یک تراشهی معمولی میباشد، بنابراین بازهم مقادیر زیادی انرژی ذخیره میشود.
آقای موخانوف میگوید:« این ابزار جدید چندین مزیت عمده دارد، اول از همه این ساختارها بسیار فشرده میباشند زیرا درحقیقت یک نانوسیم میباشند. یکی از مشکلات ابررساناهای اتصالات جوزفون اندازه ی بسیار بزرگ آنها میباشد. دوم اینکه نانوسیکروتون برخلاف اتصالات جوزفون که دارای دو پایانه میباشد، سه پایانهای هستند. » @nanotech1
روشی برای تولید گرافن با ابعاد 4 اینچ
@nanotech1
محققان کرهای موفق به رشد گرافن چندلایهای به قطر 4 اینچ با کیفیت بالا روی زیرلایه سیلیکون شدند. این یافته محققان گامی مهم در مسیر استفاده از گرافن در میکروالکترونیک تجاری است.
در دهه گذشته، گرافن موضوع اصلی تحقیقات در سراسر جهان بوده است. این ماده کاربردهای متعددی در ادوات الکترونیک، حسگرها و ادوات زیست الکترونیکی دارد. همچنین میتوان از گرافن برای ساخت الکترود استفاده کرد. مشکل اصلی در مسیر تجاریسازی گرافن، عدم انطباق این ماده با میکروالکترونیک سیلیکونی است.
اخیرا پژوهشگران کرهای از دانشگاه کره روشی ساده و قابل انطباق با میکروالکترونیک برای رشد گرافن ارائه کردند و در نهایت محصولی در ابعاد ویفر، 4 اینچ، ارائه کردند. این محصول چند لایهای بوده، کیفیت بالایی داشته و روی زیرلایه سیلیکونی تشکیل میشود.
محققان برای تولید گرافن در این روش از کاشت یونی استفاده کردند که در ان از یونهای شتابیافته تحت میدان الکتریکی استفاده کردند. یونهای برخورد کننده با سطح میتوانند خواص فیزیکی، شیمیایی و الکتریکی سطح را تغییر دهند.
نتایج این پژوهش در قالب مقالهای در نشریه Applied Physics Letters منتشر شده است.
جیون کیم رهبر این تیم تحقیقاتی میگوید: « برای استفاده از گرافن در میکروالکترونیک، باید ورقهای گرافنی بزرگ و عاری از چروک ایجاد کرد. این گرافنها نباید پارگی داشته باشند و همچنین ذرات آلاینده روی آن نباشد. با روشهای فعلی نمیتوان محصولی با این ویژگیها تولید کرد و نیاز به دمای بسیار بالا است. در این پروژه ما از روش کاشت یونی کربن استفاده کردیم و به صورت مستقیم گرافن را تولید کردیم.»
کیم میافزاید: « در میکروالکترونیک سیلیکونی، گرافن میتواند به عنوان اتصال دهنده استفاده شود. استفاده از دمای بالا موجب بروز مشکلاتی در محصول نهایی میشود.»
معمولا از CVD برای تولید گرافن استفاده میشود اما دمای بالا در این روش مشکلاتی ایجاد میکند. همچنین انتقال گرافن از زیرلایه به محل مورد نظر موجب پارگی گرافن میشود. به همین دلیل محققان از روشی بینیاز از انتقال استفاده کردند به طوری که گرافن به صورت مستقیم روی سطح مورد نظر ایجاد می شود.
در این روش، یونهای کربن شتابداده میشوند تا روی زیرلایه مورد نظر، نیکل، سیلیکون یا دیاکسید سیلیکون قرار گیرند. این فرآیند در دمای 500 درجه سانتیگراد انجام می شود. @nanotech1
@nanotech1
محققان کرهای موفق به رشد گرافن چندلایهای به قطر 4 اینچ با کیفیت بالا روی زیرلایه سیلیکون شدند. این یافته محققان گامی مهم در مسیر استفاده از گرافن در میکروالکترونیک تجاری است.
در دهه گذشته، گرافن موضوع اصلی تحقیقات در سراسر جهان بوده است. این ماده کاربردهای متعددی در ادوات الکترونیک، حسگرها و ادوات زیست الکترونیکی دارد. همچنین میتوان از گرافن برای ساخت الکترود استفاده کرد. مشکل اصلی در مسیر تجاریسازی گرافن، عدم انطباق این ماده با میکروالکترونیک سیلیکونی است.
اخیرا پژوهشگران کرهای از دانشگاه کره روشی ساده و قابل انطباق با میکروالکترونیک برای رشد گرافن ارائه کردند و در نهایت محصولی در ابعاد ویفر، 4 اینچ، ارائه کردند. این محصول چند لایهای بوده، کیفیت بالایی داشته و روی زیرلایه سیلیکونی تشکیل میشود.
محققان برای تولید گرافن در این روش از کاشت یونی استفاده کردند که در ان از یونهای شتابیافته تحت میدان الکتریکی استفاده کردند. یونهای برخورد کننده با سطح میتوانند خواص فیزیکی، شیمیایی و الکتریکی سطح را تغییر دهند.
نتایج این پژوهش در قالب مقالهای در نشریه Applied Physics Letters منتشر شده است.
جیون کیم رهبر این تیم تحقیقاتی میگوید: « برای استفاده از گرافن در میکروالکترونیک، باید ورقهای گرافنی بزرگ و عاری از چروک ایجاد کرد. این گرافنها نباید پارگی داشته باشند و همچنین ذرات آلاینده روی آن نباشد. با روشهای فعلی نمیتوان محصولی با این ویژگیها تولید کرد و نیاز به دمای بسیار بالا است. در این پروژه ما از روش کاشت یونی کربن استفاده کردیم و به صورت مستقیم گرافن را تولید کردیم.»
کیم میافزاید: « در میکروالکترونیک سیلیکونی، گرافن میتواند به عنوان اتصال دهنده استفاده شود. استفاده از دمای بالا موجب بروز مشکلاتی در محصول نهایی میشود.»
معمولا از CVD برای تولید گرافن استفاده میشود اما دمای بالا در این روش مشکلاتی ایجاد میکند. همچنین انتقال گرافن از زیرلایه به محل مورد نظر موجب پارگی گرافن میشود. به همین دلیل محققان از روشی بینیاز از انتقال استفاده کردند به طوری که گرافن به صورت مستقیم روی سطح مورد نظر ایجاد می شود.
در این روش، یونهای کربن شتابداده میشوند تا روی زیرلایه مورد نظر، نیکل، سیلیکون یا دیاکسید سیلیکون قرار گیرند. این فرآیند در دمای 500 درجه سانتیگراد انجام می شود. @nanotech1
Researchers Develop New Nanocarriers for Brain Cancer Treatment. @nanotech1
Researchers Develop New Nanocarriers for Brain Cancer Treatment
@nanotech1
A new type of nanocarrier, 3HM, has been produced that facilitates the efficient delivery of drugs across the blood-brain barrier. The new nanocarrier is one fifth of the size of nanocarriers that are currently used. It is hoped that the 3HM nanocarriers will assist in the treatment of extremely fatal brain cancers such as Glioblastoma multiforme (GBM).
Crevis | Shutterstock
Micelles are spherical aggregates made of amphililic compounds, i.e. compounds with hydrophillic and lipophillic regions. Their amphilicity means that they form hollow spheres when in aquesous solutions, such as blood or cellular fluid. By inserting drugs into the spheres center it allows the drug to be carried over lipophillic membranes such as the blood-brain barrier
A Berkley Lab team, led by Ting Xu, have developed nanocarrier micelles which they have named 3HMs, as they are colid-coil 3-helix micelles, to carry drugs for brain cancer treatments into patients brains.
Glioblastoma multiforme (GBM), which are more commonly known as octopus tumors, are one of the most aggressive forms of brain cancer. Their deadliness is a result of the tumor cells unique method of spreading into the surrounding tissue. The cancer is resistant to current treatments and is almost impossible to remove by operation.
Octopus tumours are in fact so deadly that, in most cases, the cancer becomes fatal in less than 15 months. It has been shown that each year about 15,000 people are killed by GBM in the US alone.
The blood-brain barrier is a complex network of blood vessels that acts as a filter between the body and the brain. The barrier allows nutrients to enter the brain whilst blocking other substances from reaching the highly sensitive brain tissue. Whilst the blood-brain barrier serves to protect the brain it also is major barrier for combating the disease as the barrier can prevent therapeutic drugs from accessing the brain.
As a result, a suitable technique is required to transport therapeutic drugs through this complex barrier. A team from Berkeley Lab have developed 3HM nanocarriers which could offer potential treatments for GBM.
The nanocarriers were tested on rats GBM tumors using a combination of techniques such as magnetic resonance imaging, positron emission tomography, and copper-64 (a radioactive form of copper) imagaing. It was observed that the 3HM nanocarriers can pass the blood brain barrier and collect within the GBM tumors at a higher concentration compared to any nanocarriers being currently used
Our 3HM nanocarriers show very good attributes for the treatment of brain cancers in terms of long circulation, deep tumor penetration and low accumulation in off-target organs such as the liver and spleen said Xu, who also holds a joint appointment with the UC Berkeley’s Departments of Materials Sciences and Engineering, and Chemistry.
The fact that 3HM is able to cross the blood brain barrier of GBM-bearing rats and selectively accumulate within tumor tissue, opens the possibility of treating GBM via intravenous drug administration rather than invasive measures. While there is still a lot to learn about why 3HM is able to do what it does, so far all the results have been very positive.
Ting Xu - Berkley Lab
Glial cells represent roughly 90% of the brain cells. Unlike neurons these cells experience a cell cycle of birth, separation and mitosis. Gilial cells give chemical and physical support to the neurons in the brain. However, as gilial cells are constantly dividing there is a possibility that they may become cancerous.
Once gilial cells become cancerous, they can assume different shapes, and this shape shifting means it can be difficult to detect the tumors until they become extremely large. As the glial cells have extensive tendrils the surgical removal of cancerous gilial cells is complicated. Surgery on gilial tumours has been compared to battling the legendary Hydra, with each tendril causing more cancer.
@nanotech1
A new type of nanocarrier, 3HM, has been produced that facilitates the efficient delivery of drugs across the blood-brain barrier. The new nanocarrier is one fifth of the size of nanocarriers that are currently used. It is hoped that the 3HM nanocarriers will assist in the treatment of extremely fatal brain cancers such as Glioblastoma multiforme (GBM).
Crevis | Shutterstock
Micelles are spherical aggregates made of amphililic compounds, i.e. compounds with hydrophillic and lipophillic regions. Their amphilicity means that they form hollow spheres when in aquesous solutions, such as blood or cellular fluid. By inserting drugs into the spheres center it allows the drug to be carried over lipophillic membranes such as the blood-brain barrier
A Berkley Lab team, led by Ting Xu, have developed nanocarrier micelles which they have named 3HMs, as they are colid-coil 3-helix micelles, to carry drugs for brain cancer treatments into patients brains.
Glioblastoma multiforme (GBM), which are more commonly known as octopus tumors, are one of the most aggressive forms of brain cancer. Their deadliness is a result of the tumor cells unique method of spreading into the surrounding tissue. The cancer is resistant to current treatments and is almost impossible to remove by operation.
Octopus tumours are in fact so deadly that, in most cases, the cancer becomes fatal in less than 15 months. It has been shown that each year about 15,000 people are killed by GBM in the US alone.
The blood-brain barrier is a complex network of blood vessels that acts as a filter between the body and the brain. The barrier allows nutrients to enter the brain whilst blocking other substances from reaching the highly sensitive brain tissue. Whilst the blood-brain barrier serves to protect the brain it also is major barrier for combating the disease as the barrier can prevent therapeutic drugs from accessing the brain.
As a result, a suitable technique is required to transport therapeutic drugs through this complex barrier. A team from Berkeley Lab have developed 3HM nanocarriers which could offer potential treatments for GBM.
The nanocarriers were tested on rats GBM tumors using a combination of techniques such as magnetic resonance imaging, positron emission tomography, and copper-64 (a radioactive form of copper) imagaing. It was observed that the 3HM nanocarriers can pass the blood brain barrier and collect within the GBM tumors at a higher concentration compared to any nanocarriers being currently used
Our 3HM nanocarriers show very good attributes for the treatment of brain cancers in terms of long circulation, deep tumor penetration and low accumulation in off-target organs such as the liver and spleen said Xu, who also holds a joint appointment with the UC Berkeley’s Departments of Materials Sciences and Engineering, and Chemistry.
The fact that 3HM is able to cross the blood brain barrier of GBM-bearing rats and selectively accumulate within tumor tissue, opens the possibility of treating GBM via intravenous drug administration rather than invasive measures. While there is still a lot to learn about why 3HM is able to do what it does, so far all the results have been very positive.
Ting Xu - Berkley Lab
Glial cells represent roughly 90% of the brain cells. Unlike neurons these cells experience a cell cycle of birth, separation and mitosis. Gilial cells give chemical and physical support to the neurons in the brain. However, as gilial cells are constantly dividing there is a possibility that they may become cancerous.
Once gilial cells become cancerous, they can assume different shapes, and this shape shifting means it can be difficult to detect the tumors until they become extremely large. As the glial cells have extensive tendrils the surgical removal of cancerous gilial cells is complicated. Surgery on gilial tumours has been compared to battling the legendary Hydra, with each tendril causing more cancer.
At only 20 nanometers in size and featuring a unique hierarchical structure, 3HM nanocarriers meet all the size and stability requirements for effectively delivering therapeutic drugs to brain cancer tumors. Credit: Ting Xu, Berkeley Lab @nanotech1
Researchers Develop New Nanocarriers for Brain Cancer Treatment. @nanotech1