همایش شیمی زیست فناوری. دارای موضوعات مرتبط با نانوتکنولوژی. اسفند94

نانوذرات پروتئینی؛ نسل جدید حسگر‌های مغناطیسی سلولی. @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

نانوسیکروتون: ابررسانایی با مدار های ساده. @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

سمینار نانو از ایده تا بازار

روشی برای تولید گرافن با ابعاد 4 اینچ. @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

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.

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

Whilst there are approved therapeutic drugs for GMB , these therapies do not improve the patient survival rate because the accumulation of therapeutic drugs in the brain is restricted by the blood brain barrier. Therapeutics drugs used for GBM treatment are usually transported across this barrier in liposomes that measure 110 nm in size, which is too large for the barriers filter. The 3HM nanocarriers measure just 20 nm in size so readily cross into the brain.
@nanotech1
3HM is a product of basic research at the interface of materials science and biology. When I first started at Berkeley, I explored hybrid nanomaterials based on proteins, peptides and polymers as a new family of biomaterials.

During the process of understanding the hierarchical assembly of amphiphilic peptide-polymer conjugates, my group and I noticed some unusual behavior of these micelles, especially their unusual kinetic stability in the 20 nanometer size range.

We looked into critical needs for nanocarriers with these attributes and identified the treatment of GBM cancer as a potential application.

Ting Xu - Berkley La

The researchers performed systematic MRI and PET studies to learn how the size of a nanocarrier can impact the biodistribution and pharmacokinetics in rats with GBM tumors. Both liposome nanocarriers and 3HM nanocarriers were labeled with copper-64 during the studies. The study results demonstrated that the 3HM nanocarriers are effective GBM delivery vessels. They also showed that the potential nanoparticle design for brain cancer treatment can be enhanced through MRI and PET imaging of tumor kinetics and nanoparticle distribution.

The study has been reported in The Journal of Controlled Release @nanotech1

توالی سنجی DNA با نانوحفره
(nanopore DNA sequencing). @nanotech1

توالی‌سنجی فرآیندی است که در آن چیدمان نوکلئوتیدهای موجود در DNA شناسایی می­شود. با مشخص شدن این توالی می‌توان به ویژگی‌های ژنتیکی موجود پی برد. در حال حاضر روش‌های توالی‌سنجی استاندارد مختلفی وجود دارد که اطلاعات زیادی ایجاد کرده و نیاز به بازخوانی داده‌های بسیاری دارد تا فرآیند توالی‌سنجی انجام شود. فناوری فعلی برای توالی‌سنجی DNA، نیازمند دستگاه‌های گران­قیمت (در حدود 500 هزار پوند) است. این دستگاه‌های پیچیده تنها در آزمایشگاه‌های ویژه یافت می‌شوند.@nanotech1
توالی‌سنجی DNA با نانوحفره یک فناوری ارزان قیمت و جدید است که می‌توان با استفاده از آن توالی‌سنجی DNA را با سرعت بالاترو قیمت ارزان­تر نسبت به فناوری‌های پیشین انجام داد.در فناوری نانوحفره از یک ساختار تونل مانند که معمولا منشاء پروتئینی (پروتئین دیواره باکتری) دارد برای توالی‌سنجی استفاده می­شود. این نانوحفره بطور طبیعی در باکتری برای کنترل عبور و مرور مواد غذایی استفاده می­شود. نانوحفره پروتئینی در یک غشاء پلیمری یا دولایه لیپیدی مقاوم به جریان الکتریکی جاگذاری می­شود. رشته منفرد DNA به راحتی می‌تواند از این نانوحفره عبور کند. در دو طرف این نانوحفره محلول نمکی قرار داده می‌شود که از طریق این نانوحفره با هم در ارتباط هستند. یک ولتاژ بسیار کوچک به دو طرف این غشاء اعمال می‌شود تا یون‌ها از نانوحفره عبور کنند؛ با این کار جریان از میان غشاء عبور می‌کند. با عبور DNA از میان نانوحفره، اختلالی در جریان عبوری به‌وجود می‌آید که بسته به نوع اسید نوکلئیک (سیتوزین، گوانین، تیمین و سیتوزین) عبوری از نانوحفره، تغییر جریان، متفاوت خواهد بود. با اندازه‌گیری جریان، می‌توان نوع اسید نوکلئیک عبوری را شناسایی کرد و در نهایت توالی‌سنجی DNA اتفاق می‌افتد.با استفاده از این روش می‌توان در مدت چند دقیقه یا حداکثر چند ساعت، توالی DNA را مشخص کرد.
اخیرا از نانوحفره­های دیگر مانند نانوحفره سیلیکون و نانوحفره گرافن نیز برای افزایش حساسیت این روش استفاده شده است.
توالی‌سنجی DNA با نانوحفره به بلوغ خود رسیده و تجهیزات تجاری‌سازی شده آن در بازار توزیع شده است.این دستگاه اکنون با نام تجاری MinIONتوسط شرکت Oxford Nanopore Technologiesساخته و به بازار عرضه شده است. هزینه ساخت این دستگاه در حدود 650 پوند است و امکان توالی‌سنجی رشته‌های بلند DNA را داراست. اخیرا برنامه‌ای به نام MAP (MinION Access Programme) برای استفاده از این توالی‌سنج قابل حمل راه‌اندازی شده است.
دکتردکتر بونی براون، استاد رشته زیست‌شناسی دانشگاه ویرجینیا، معتقد است این ابزار، دستگاهی ارزان و کوچک است با این حال می‌تواند تأثیر به سزایی روی مطالعات زیست‌شناسی داشته باشد.
مرکز آنالیز ژنوم (TGAC) قصد دارد با شرکت در این برنامه شرایطی برای انجام آنالیز زنده (real time) فراهم کند تا محققان بتوانند نتایج و داده‌های آنالیزی خود را فورا دریافت کنند. برای این کار، این مرکز سیستم آنالیز DNA را به همراه داده‌های DNA مربوط به صدها هزار میکرواورگانیسم مختلف را در اختیار محققان قرار داده است. مزیت این پروژه آن است که شرایط آنالیز ارزان، ساده و قابل حمل را در اختیار محققان قرار می‌دهد. امکان توالی سنجی ژنوم کامل انسانی با این روش با هزینه کمتر از 1000 دلار و یا حتی کمتر از 100 دلار وجود دارد. البته هنوز این روش با خطاهایی همراه است اما با این حال دقت بالایی در آنالیز DNA دارد. با این ابزار جدید می‌توان بسیاری از آفت‌های گیاهی و بیماری‌های اپیدمی انسان را مورد مطالعه قرار داد. (دکتر اسماعیل میرزایی ، گروه نانوفناوری پزشکی – 14/6/94) @nanotech1

اولین دستگاه توالی سنج نانوحفره. @nanotech1

ساخت غشاء نانوحفره‌ای از جنس زئولیت برای جدا کردن گازها. @nanotech1

ساخت غشاء نانوحفره‌ای از جنس زئولیت برای جدا کردن گازها

@nanotech1
پژوهشگران موفق به ساخت غشائی از جنس زئولیت شدند که برای جداسازی گازها بسیار مناسب است. این غشاء حفره‌هایی در حد مولکول داشته و قادر است گازهای مختلف را از هم جدا کند.
توانایی جداکردن و خالص‌سازی مولکول‌های ویژه در یک مخزن حاوی مواد شیمیایی مختلف برای تولید مواد شیمیایی بسیار ضروری است. بنابر این، استفاده از غشاء می‌تواند گزینه مناسبی برای این کار باشد در حالی که تقطیر و متبلورسازی مجدد از روش‌های رایج برای این کار است که بسیار زمان‌بر و پرهزینه است. این در حالی است که استفاده از غشاء می‌تواند کارایی سیستم را افزایش دهد.
مواد بلوری معروف به زئولیت برای ساخت غشاء بسیار مناسب هستند؛ دلیل این امر وجود حفره‌های بسیار کوچک در حد مولکولی است. زئولیت‌ها از استحکام شیمیایی، گرمایی و مکانیکی قابل توجهی برخوردارند. رشد غشاء لایه نازک از جنس زئولیت که کیفیت بالایی داشته باشد و نقص‌های بلوری در آن به حداقل مقدار رسیده باشد بسیار چالش‌برانگیز و جذاب است. روش هیدروترمال (گرمایی) روشی ایده‌آل برای این کار است.
میاو یو از محققان دانشگاه کارلینای جنوبی می‌گوید: «فقدان دانش کافی درباره سنتز زئولیت‌ها مانع از تولید انبوه آن و استفاده در ساخت غشاء می‌شود.»
این گروه تحقیقاتی که موفق به ساخت غشاء زئولیتی با استفاده از دستورالعمل ویژه‌ای مبتنی بر ژل و متبلورسازی شده‌، نشان دادند که با دانه‌های زئولیتی ورقه‌ای شکل می‌توان غشاءهایی با ضخامت بسیار کم تولید کرد که قابلیت جدا کردن مواد مختلف را داراست. یو می‌گوید: «مهمترین یافته ما در این مطالعه این است که توانستیم زئولیت‌های ورقه‌ای شکل بسیار نازک و با کیفیت بالا تولید کنیم. این غشاءها دارای نقص‌های ساختاری غیرانتخابی بسیار کمی هستند. به دلیل ضخامت کم این ساختار، مقاومت در برابر انتقال در این ساختار بسیار کم است؛ بنابراین سرعت حرکت مولکول‌ها از میان آن بسیار بالاست. این موضوع چالشی در بخش ساخت غشاء زئولیت لایه نازک بوده است.
محققان این پروژه با استفاده از این غشاء موفق به جدا کردن گازهای N2 و CH4 از یکدیگر شدند. این گروه قصد دارند با نازکتر کردن این غشاء (زیر 500 نانومتر) عملکرد آن را بهبود دهند.
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان "Growth of High Quality, Thickness-Reduced Zeolite Membranes towards N2/CH4 Separation Using High-Aspect-Ratio Seeds" در نشریه Angewandte Chemie International Edition منتشر شده‌است. @nanotech1

رشد جنین جوجه در تراشه‌های زیستی جدید. @nanotech1

رشد جنین جوجه در تراشه‌های زیستی جدید

@nanotech1
سایتNBIC- محققان موفق به ساخت ابزار تشخیصی زیستی با استفاده از طراحی یک تخم‌مرغ برروی تراشه شدند. با تزریق خون یا دیگر مایعات بدن به درون این تراشه می‌توان بیماری‌ها و ناهنجاری‌ها را به سرعت تشخیص داد.
به گزارش سایت فناوری های همگرا (NBIC) سیستم‌های "آزمایشگاه برروی تراشه (LOC)" در بیست سال گذشته، پیشرفت‌های بسیار زیادی داشته‌اند. طرح‌های بسیار زیادی از این تراشه‌ها در حال حاضر وجود دارند که از آن جمله می‌توان به "شش برروی تراشه"،" قلب برروی تراشه"، "کلیه برروی تراشه" و غیره اشاره کرد. به دلیل وجود چالش‌های بسیار زیاد در ذخیره فاکتورهای حیاتی درون یک LOC متداول، هنوز یک سیستم ایده‌آل رویان برروی تراشه ارائه نشده است. اما اکنون دو دانشمند دانشگاه تسینگوا چین با استفاده از پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) موفق به ساخت یک پوسته شفاف شدند که شکل و انحنای آن مشابه به یک پوسته تخم‌مرغ واقعی است. این دانشمندان نتایج تحقیق خود را در قالب مقاله‌ای در مجله Science Chine چاپ کردند.
مهمترین ویژگی "آزمایشگاه برروی تراشه" های متداول، مربوط به بخش شیمیایی آن یعنی کوچک کردن تست‌های شیمیایی و ایجاد یک ابزار بسیار کوچک می‌باشد. این ابزار جدید زیستی (تخم‌مرع بر روی تراشه) نیز در جهت کوچک کردن سیستم و تبدیل آن به یک ابزار بسیار کوچک می‌باشد.
این سیستم زیست تقلیدی که توسط این دو محقق ساخته شده است به طور قابل ملاحظه‌ای مدت زمان کشت رویان را کاهش می‌دهد. PDMS یکی از بهترین مواد زیستی می‌باشد که کاربردهای فراوانی دارد. علاوه براین، این ماده برای تصویر برداری فلورسنت در محیط زنده بسیار مناسب می‌باشد.
در آزمایشات که به مدت دو سال به طول انجامیدند، این پژوهشگران یک سری PDMS های شفاف پوسته تخم‌مرغی برای کشت موفق‌آمیز جنین مرغ (به مدت 5/17 روز) ساختند. جنین‌ها در این ساختارهای تخم‌مرغی مصنوعی قرار گرفتند و غشاهای کرویوآلانتویک (Chroioallantoic) در این جنین مشاهده شدند. این پوسته‌های زیست‌تقلیدی که دارای شفافیت بسیار بالا و با مهندسی زیرکانه‌ای طراحی شده‌اند، نوید بخش یک مکان جدید برای مطالعه رشد جنین می‌باشند.
PDMS یکی از بهترین مواد زیست سازگار شناخته شده می‌باشد که در حال حاضر نیز در مراکز درمانی از آن استفاده می‌شود و بنابراین روش بکارگرفته شده توسط این محققان کاملاً ایمن و بی‌خطر می‌باشد و کاربردهای فراوانی می‌تواند داشته باشد. این پژوهشگران کاربردهای تراشه خود را نیز پیشبینی کرده‌اند. یکی از کاربردهایی که می‌توان از این تراشه انتظار داشت شامل تزریق خون یا دیگر سیالات بدن درون این تراشه به منظور تشخیص زودهنگام بیماری‌ها (ناهنجاری‌ها) می‌باشد. در حقیقت این تراشه یک ابزار زیستی طبیعی است که قادر است از بسیاری فناوری‌هایی که در حال حاضر استفاده می‌شوند پیشی بگیرد.. @nanotech1