افزایش قدرت تفکیک و دقت توالی‌سنجی DNA با نانوحفره. @nanotech1

افزایش قدرت تفکیک و دقت توالی‌سنجی DNA با نانوحفره

@nanotech1
محققان برای افزایش دقت و قدرت تفکیک توالی‌سنجی DNA با نانوحفره اقدام به استفاده از سیالی ویسکوز کردند که با این کار امکان شناسایی نوکلئوتید‌های منفرد فراهم می شود. این گروه به دنبال تجاری‌سازی این روش هستند.
توالی‌سنجی DNA یکی از روش‌های بررسی دقیق بازهای مولکول DNA است. این فناوری به یکی از ابزارهای بسیار مهم محققان در شاخه پزشکی تبدیل شده است. با بررسی دقیق ژن‌ها محققان می‌توانند جهش‌های انجام شده روی DNA را شناسایی کنند و حتی به تفاوت موجود میان گونه‌های مختلف بپردازند.
استفاده از نانوحفره یکی از راهبردهای اصلی برای تعیین توالی‌ در DNA است. اما این کار با دقت پایین انجام می‌شود که دلیل آن عبور بسیار سریع DNA از میان نانوحفره است. اخیرا محققان مرکز EPFL سیالی بسیار ویسکوز برای کاهش فرآیند عبور DNA از میان نانوحفره ارائه کردند که می‌تواند هزار مرتبه این سرعت را کاهش داده و در نهایت قدرت تفکیک و دقت را افزایش دهد. نتایج این پروژه در نشریه Nature Nanotechnology منتشر شده است.
الکساندر رادنویچ از محققان موسسه زیست‌مهندسی این مرکز با استفاده از این سیال ویسکوز موفق شده تا دقت را به قدری افزایش دهد که امکان سنجش یک نوکلئوتید منفرد نیز با این روش فراهم باشد. این گروه تحقیقاتی فیلم نازکی از جنس دی‌سولفید مولیبدن ساختند که تنها 0.7 نانومتر ضخامت دارد. مزیت این لایه نسبت به گرافن، چسبندگی کمتر DNA نسبت به گرافن است.
پژوهشگران DNA را در سیال ویسکوز حاوی یون‌های باردار قرار داده شد. این سیال به گونه‌ای است که با تغییر ساختار مولکولی آن می‌توان ویسکوزیته محیط را به دلخواه تنظیم کرد. این سیال متعلق به دسته‌ای از مواد موسوم به سیالات یونی در دمای اتاق است. این سیال به دلیل گرادیان ویسکوزیته برای کاهش سرعت حرکت DNA مناسب است.
نتایج آزمون‌های انجام شده توسط محققان نشان داد که با این روش می‌توان سرعت حرکت و عبور DNA را از میان نانوحفره به گونه‌ای تنظیم کرد که هر نوکلئوتید منفرد امکان عبور و سیگنال‌دهی از نانوحفره را داشته باشد. بعد از عبور هر نوکلئوتید، نوکلئوتید بعدی عبور می‌کند.
محققان این پروژه در حال حاضر به دنبال روش‌های تجاری‌سازی این فناوری هستند.. @nanotech1

دستگاه جوش نانورباتیک در خدمت نانوالکترونیک. @nanotech1

دستگاه جوش نانورباتیک در خدمت نانوالکترونیک


@nanotech1
محققان به تازگی روشی ابداع کرده‌اند که در آن نانو لوله‌های کربنی پر شده با مس به‌عنوان دستگاه جوش نقطه‌ای عمل می‌کنند. با استفاده از این ابزار نانورباتیک، پیشرفت‌های بیشماری در ساخت مدارهای الکترونیکی و سیستم‌های نانوالکتروشیمیایی ( NEMS ) حاصل می‌آید.
اتصال بلوک‌های ساختمانی نانو مقیاس تازه سنتز شده به همدیگر یکی از مشکلاتی است که باعث شده‌ پیشرفت فناوری در زمینه سیستم‌های نانو مقیاس با کندی همراه باشد. نانو لوله‌های کربنی، نانوسیم‌ها، نانو مارپیچ‌ها و نانو ساختارهای دیگر فرصت‌ها بی‌شماری را برای ما فراهم می‌سازند که از آن جمله می‌توان به اندازه‌گیری جرم در مقادیر اتمی، محاسبه‌ی نیروها در مقیاس بسیار ناچیز اشاره کرد. اما برای استفاده از نانو ساختارها در مدارهای الکترونیکی و سیستم‌های نانو الکتروشیمیایی ( NEMS )، باید روش‌های مطمئنی برای لحیم‌کاری آنها به الکترودها توسعه یابند. نیروهای واندروالسی، ترسیب القا شده با پرتوهای الکترونی، ترسیب بخار شیمیایی با استفاده از پرتو یونی متمرکز و جوش‌کاری با استفاده از پرتو الکترونی با شدت بالا برخی از این راهبردها برای اتصال نانوساختارها به همدیگر می‌باشند که همه‌ی آنها دارای محدودیت‌هایی می‌باشند.
نیروهای واندوالسی بسیار ضعیف می‌باشند و روش‌های دیگر شامل استفاده از پرتوهای الکترونی یا یونی با شدت بالا می‌باشند. برای حل این مشکل محققان به تازگی روشی را ابداع کرده‌اند که در آن نانو لوله‌های کربنی پر شده با مس به‌عنوان دستگاه جوش نقطه‌ای عمل می‌کنند. پژوهشگران این ابزار را در دستگاه جوش نانورباتیک می‌نامند.
در ابتدا محققان نانو لوله‌های کربنی را بر روی کاتالیست‌های مس رشد دادند به گونه‌ای که طول این نانو لوله‌ها تا 5 میکرومتر و قطر بیرونی آنها از 40 تا 80 نانومتر رشد می‌کند. هسته های مسی درون دیوارهای کربنی با ضخامت 4 تا 6 نانومتر قرار می‌گیرند. در ادامه این نانوساختار درون یک میکروسکوپ الکترونی عبوری قرار می‌گیرد و از آن برای گداختن و اتصال نانوساختارها به همدیگر استفاده می‌شود. تماس فیزیکی بین پروب (ردیاب) و نوک نانولوله‌ها برقرار می‌شود. با اعمال ولتاژ بین پروب و نمونه یک جریان الکتریکی برقرار می‌شود که باعث انتقال انرژی گرمایی به درون سیستم می‌شود. با افزایش ولتاژ می‌توان دما را به بالاتر از دمای ذوب مس رساند. هنگامی که ولتاژ به 5/1 ولت برسد ذوب مس اتفاق می‌افتد و هنگامی که ولتاژ به 5/2 ولت افزایش یابد، مس از درون نانولوله به بیرون آن جریان می‌یابد. نرخ خروج مس از درون نانولوله‌ها 120 اتوگرم ( 18-1 ) می‌باشد که امکان کنترل دقیق مقدار ماده‌ی جاری شده از درون نانولوله را فراهم می‌سازد. برای بررسی عملکرد این سیستم، در ابتدا یک نانولوله کربنی پر شده با مس به یک پروب اتصال یافت و در تماس با یک نانولوله‌ی دیگر قرار گرفت. با افزایش ولتاژ و ذوب شدن مس، دو نانولوله بهم‌دیگر لحیم شدند.
این دستگاه جوش نانو رباتیک چندین مزیت دارد : جریان بسیار ناچیز سبب ذوب شدن و جاری شدن مس می‌شود، محل جوش‌کاری را به راحتی و با دقت می‌توان انتخاب کرد، ذوب شدن به سرعت اتفاق می‌افتد، کنترل زمانی، امکان انتقال مقادیر بسیار ناچیز مس را فراهم می‌سازد. در نهایت مس با فرایندهای معمولی موجود در صنعت نیمه هادی سازگاری خوبی دارد و دیواره‌های کربنی از اکسیداسیون مس جلوگیری می‌کند. @nanotech1

برنده مسابقات MADMEC؛ پوششی برای پیل‌های خورشیدی با الهام از بال پروانه. @nanotech1

برنده مسابقات MADMEC؛ پوششی برای پیل‌های خورشیدی با الهام از بال پروانه

@nanotech1
هر ساله در دانشگاه MIT، تیم‌های دانشجویی دستاوردهای علمی خود را به معرض نمایش می‌گذارند و به رقابت می‌پردازند. امسال نیز این مسابقات برگزار گردید و تیم برتر بخاطر تولید یک پوشش ارزان قیمت برای سلول‌های خورشیدی که انعکاس نور را از این سلول‌ها به حداقل می‌رساند جایزه 1000 دلاری را دریافت کرد. این پوشش با الهام از طبیعت و نسخه برداری از فناوری زیستی به کار رفته در بال نوعی پروانه ساخته شده است.
ابداعات زیست تقلیدی که تحت عنوان ابداعات الهام گرفته از طبیعت نیز شناخته می‌شوند، منجر به اکتشافات بسیاری از جمله واکسن‌ها، چسب‌ها، لامپ‌های حبابی و غیره شده است. هر ساله در دانشگاه MIT، تیم‌های دانشجویی دستاوردهای علمی خود را به معرض نمایش می‌گذارند و به رقابت می‌پردازند. این مسابقات تحت عنوان MADMEC شناخته می‌شوند.
امسال نیز این مسابقات برگزار گردید و تیم برتر ( Glasswing ) بخاطر تولید یک پوشش ارزان قیمت برای سلول‌های خورشیدی که انعکاس نور را از این سلول‌ها به حداقل می‌رساند، جایزه 10000 دلاری را دریافت کردند. این پوشش‌ها این امکان را فراهم می‌سازند تا تقریباً تمام نور جذب شود و در نتیجه باعث می‌شوند تا کارآمدی و سودمندی سلول‌های خورشیدی بهبود یابند. رتبه دوم این مسابقات به تیم Lumas بخاطر توسعه یک رنگ فوتو لومینسنس ( برای استفاده در خط‌کشی‌های مخصوص عابر پیاده، خطوط بزرگراه‌ها و غیره ) که نور خورشید را در طول روز جذب می‌کند و در تاریکی نور را بازتابش می‌کند، تعلق گرفت. رتبه سوم نیز به دلیل ابداع یک ماده‌ی تغییر فاز که قادر به تنظیم باد لاستیک‌ها می‌باشد و اثرات نامطلوب باد کم و یا زیاد لاستیک‌ها را از بین می‌برد، به گروه دیگر تعلق گرفت.
انعکاس برای بسیاری از ابزارهای اپتو‌الکترونیک هم‌چون صفحه نمایش تلفن‌های هوشمند و پنجره‌ها، یک مسئله و مشکل اساسی می‌باشد. سلول‌های خورشیدی متداول امروزی از سیلیکون ساخته شده‌اند که در حدود 30 درصد نور را انعکاس می‌دهند و سبب کاهش کارآمدی سلول خورشیدی می‌شوند. بسیاری از کارخانه‌ها برای حل این مشکل از پوشش‌های ضد‌انعکاسی استفاده می‌کنند، اما این پوشش‌ها بسیار گران قیمت می‌باشند ضمن این‌که تمام نور را هم جذب نمی کنند. العبیدی یکی از دانشجویان تیم Glasswing می‌گوید:« ما از خود پرسیدیم که طبیعت چگونه این مشکل را حل کرده است.» بال‌های شفاف پروانه Glasswing ( بال شیشه‌ای ) با نانو ساختارهایی پوشیده شده است که به نوعی تداعی کننده‌ی ستون‌های مخروطی شکل روی سرپیچ‌ها می‌باشد. این ساختارهای "نانو ستونی" همانند یک پوشش ضد‌انعکاسی ( ضد بازتاب) عمل می‌کنند و فقط 2 الی 5 درصد نور از بال‌های پروانه منعکس می‌شود. این گروه، این ساختارها را با استفاده از مواد فتو‌ولتائیک و ابزار ساخت متداول و مرسوم بازسازی کردند به گونه‌ای که کل فرآیند ساخت ساده و ارزان‌قیمت می باشد. در ابتدا یک اکسید به صورت یکنواخت برروی یک فیلم شیشه‌ای قرار می‌گیرد و در ادامه یک الگویی با استفاده از نقره برروی اکسید رسم می‌شود و در ادامه اچینگ با گازهای مختلف انجام می گیرد. در عمل اچینگ تمام اکسید به جز الگویی که با نقره رسم شده است حذف می‌شود. با تنظیم گازها در طول فرآیند می توان شکل دلخواه نانو ساختارها را کنترل کرد. با استفاده از این روش می‌توان حفراتی ایجاد کرد که دهانه‌های آن‌ها باریک و انتهای آن ها گشاد است و ساختارهای نانوستونی مخروطی شکل را تهیه کرد. این پوشش نسبت به دیگر پوشش‌های ضد بازتابی خیلی ارزان‌تر و سریع‌تر می‌باشد.
آقای تارکانیان که مسئول راه‌اندازی مسابقه MADMEC می‌باشد می‌گوید :« گرچه برخی از تیم‌ها موفق می‌شوند که محصولات خود را تجاری کنند، اما هدف اصلی این مسابقات ایجاد یک فرصت برای دانشجویان و ساختن چیز جدیدی می‌باشد. ما می خواهیم که دانشجویان از کلاس‌های درس خود یک خروجی داشته باشند.» @nanotech1

چند مقاله ی فارسی تقدیم اعضای کانال نانو می گردد:👇👇🌹🌹

Scanning electron microscope (SEM) image of quantum dots

Read more: Blow-up: The startling landscapes of nanotechnology
@nanotech1

Scanning electron microscope (SEM) image of quantum dots fabricated through electron beam lithography and subsequent dry-chemical etching on a quasi bidimensional layer (GaAl heterostructure). These structures are used to study the behavior of electrons, which are confined into tiny spaces – approximate. 10 electrons per dot. The diameter of each quantum dot is 200 nm (which means that a billion of these structure easily fit on the tip of your finger).
@nanotech1

SEM image of a micron sized trench in a Cu/SiO2/Si multilayer,
@nanotech1

SEM image of a micron sized trench (10 x 20 x14 µm3) in a Cu/SiO2/Si multilayer, obtained through FIB milling. The precision of this technique allows the visualization of ultrathin (tens of nanometers) layers.
@nanotech1

SEM image of a work sample on a magnesium oxide surface using FIB. The diameter of the hole measures approximate. 4 µm. @nanotech1

Tiny spaces have formed inside titanium dioxide nanocrystals
@nanotech1

Tiny spaces have formed inside titanium dioxide nanocrystals, as shown in this SEM image. The square structure of these inside spaces, which measure between 20 nm and 40 nm, is due to the crystalline structure of the material.
@nanotech1

تولید مدار منطقی با استفاده از نوعی قارچ و نانوذرات مغناطیسی. @NANOTECH1

تولید مدار منطقی با استفاده از نوعی قارچ و نانوذرات مغناطیسی
@NANOTECH1

محققان بریتانیایی و آلمانی با استفاده از نوعی قارچ و نانوذرات مغناطیسی موفق به ساخت سیستمی شدند که امکان پردازش اطلاعات را دارد. این گروه با همین سیستم زیستی، یک ابزار تشخیص طبی ساختند.
پژوهشگران بریتانیایی دانشگاه وست انگلند با همکاری محققانی از دانشگاه باوهاوس آلمان موفق شدند با استفاده از شبکه‌ای از میکرواورگانیسم‌ها مداری برای پردازش اطلاعات بسازند. این گروه با استفاده از فیزارم پلی‌سیفالوم که یک نوع قارچ است، این مدار را تولید کردند. فیزارم پلی‌سیفالوم در محیط مرطوب به یکدیگر متصل شده و لوله‌هایی ایجاد کرده که از طریق آن مواد غذایی را جذب می‌کنند. یکی از وظایف دیگر این لوله‌ها آن است که در حضور نور شرایط محیطی را تغییر داده و موجب رهاشدن هاگ می‌شود.
در تحقیقات قبلی محققان نشان داده بودند که این شبکه لوله‌ای می‌تواند رنگ‌های مختلفی را جذب کند. این گروه تحقیقاتی با استفاده از دانه جو دوسر موجب لوله‌ای شدن این شبکه شده و با نمک طعام این شبکه را از هم گسیختند. بنابراین با این دو ماده محققان توانستند تغییر ساختار این قارچ را مدیریت کنند. در قدم بعد پژوهشگران با ترکیب دو رنگ مختلف موجب بروز رنگ جدیدی در این قارچ شدند.
این گروه تحقیقاتی در پژوهش اخیر خود با استفاده از نانوذرات مغناطیسی و چند رنگ مختلف موفق شدند از این قارچ‌ها به عنوان آزمایشگاه روی تراشه استفاده کنند. در واقع این سیستم برای مطالعه نمونه‌های پزشکی می‌تواند استفاده شود. کار دیگری که این شبکه می‌تواند انجام دهد آن است که به عنوان مدار منطقی در ساخت کامپیوترها استفاده شود. در حال حاضر پژوهشگران از این سیستم زیستی عملگرهای XOR و NOR ساخته‌اند. در واقع این شبکه می‌تواند به عنوان سیستم دوتایی برای محاسبات کامپیوتری مورد استفاده قرار گیرد.
آداماتزکی از محققان این پروژه می‌گوید این قارچ بسیار ارزان و تهیه آن ساده است بنابراین ساخت ادوات مختلف با آن هزینه چندانی نخواهد داشت.
استوارت بلاند سردبیر نشریه Materials Today این پرسش را مطرح می‌کند که آیا ما در حال وارد شدن به عصر کامپیوترهای زیستی هستیم؟ او در ادامه برای پاسخ دادن به این سوال می‌گوید هرچند هنوز مواد و تجهیزات مورد استفاده در کامپیوترها سیلیکونی است اما تحقیقاتی نظیر این پژوهش نشان می‌دهد که علم کامپیوتر و زیست شناسی در آینده زندگی ما را متحول خواهند کرد. @NANOTECH1

نانوحسگری با قابلیت شناسایی مواد در سطح مولکولی. @nanotech1