نانوفناوری،علمی که انتها ندارد

فناوری نانو، از جمله فناوری‌هایی به شمار می‌رود که چند سالی است در دنیا مورد توجه قرار گرفته و محققان توسط آن توانسته‌اند به قابلیت‌های جدیدی از مواد دست یابند. مجله nexus در جدیدترین شماره خود به موضوع نانوفناوری پرداخته است.

واسط‌های عصبی ارتباط مستقیمی را بین سیستم عصبی مرکزی و سیستم دیجیتالی مستقل و تولید شده ایجاد می‌کند. این فناوری بی‌شک، مهم‌ترین پیشرفت در زمینه تحقیق به شمار می‌رود و درمان بیماری‌های مغز، توسعه واسط‌های عصبی است. وسایل زیست‌پزشکی مختلفی که در سیستم عصبی مرکزی کار گذاشته می‌شوند و به آنها واسط عصبی می‌گویند، به منظور کنترل اختلالات حرکتی یا تبدیل فرآیندهای آگاهانه مغز در عملکردهای خاص ایجاد شده‌اند که از طریق کنترل دستگاه‌های خارجی امکان‌پذیرند.

این واسط‌ها، درک عصب‌شناختی را بالا برده و ابزاری بالینی برای تشخیص یا درمان علائم عصبی و بیماری‌های فراهم می‌کند. این‌ واسط‌ها همچنین با برقراری امکان کنترل دستگاه‌های مختلف از طریق نیروی مغز، به افزایش استقلال بیماران معلول کمک می‌کنند. واسط‌های عصبی عملکرد بافت‌های عصبی آسیب‌دیده را با تبدیل سیگنال‌های سیستم عصبی به ماهیت‌های قابل درک کامپیوتر حفظ می‌کنند. با وجود نگرانی‌ نسبت به استفاده از فناوری‌های نانو در زمینه واسط‌های مغز- دستگاه، هدف اصول کلی طراحی آنها، تقویت یا بازگرداندن یک یا بیش از سه عارضه بیولوژیکی است که از اختلالاتی چون اختلال حسی، کاهش کنترل حرکتی یا تغییرات فکری مبتنی بر بیماری ناشی می‌شوند.

در این زمینه تحقیقات گسترده‌ای با تحول در واسط‌های مغز- کامپیوتر با استفاده از وسایل الکترونیک سیلیکونی انجام شده است. این مطالعات، بخشی از پروژه «دارپا» (طراحی سیستم‌های مهندسی عصبی) با هدف توسعه واسط عصبی قابل کاشت است که قادر به ارائه وضوح سیگنالی و پهنای باند انتقال داده پیشرفته بین مغز و وسایل الکترونیک است. انتظار می‌رود که پیشرفت‌ها در این حوزه‌ها منجر به بهبود قابلیت کنترل، شبیه‌سازی و ثبت سیگنال‌های نوروفیزیلوژی است.

حذف آلودگی هوا با فناوری نانو

«نانوژنراتور الکتریسیته تماسی» دستگاهی است که با استفاده از اثرات اتصال بین برقراری الکتریسیته تماسی و القای الکترواستاتیک در فرآیند جداسازی تماسی یا لغزش نسبی بین دو ماده‌ای که دوگانگی تماسی متفاوت دارند، انرژی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. این دستگاه از شارژهایی استفاده می‌کند که بر اثر اصطکاکی که در روزهای سرد زمستان تجربه می‌کنیم. بنژامین فرانکلین در قرن هجدهم دریافت زمانی که تکه‌ای شیشه و پارچه ابریشمی که هیچ‌کدام ویژگی‌های الکتریکی ندارند را به هم اصطکاک می‌دهیم، به دلیل ایجاد بار در آنها، به هم می‌چسبند. در واقع، دستگاه «نانوژنراتور الکتریسیته تماسی» بر پایه نوعی فرآیند فیزیکی عمل می‌کند که تحریک مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. در حال حاضر، محققان از نانوژنراتور الکتریسیته تماسی چرخشی برای تقویت فیلتر هوای نانوفیبری پلی‌آمید برای حذف ذرات معلق استفاده می‌کنند. آنها نشان داده‌اند که استفاده از نانوفیبرهای پلی‌آمیدی، بازدهی حذف ذرات معلق بزرگ‌تر از 0.5 میکرومتر را بالا می‌برد.

پرینتر سه‌بعدی و تولید مواد تاشو

محققان از پرینترهای سه بعدی ارزان‌قیمت برای تولید اشیاء پلاستیکی صافی به شکل‌های از پیش تعیین‌شده‌ای چون گل رز و قایق استفاده می‌کنند. این اشیاء پلاستیکی تاشو گام نخست به سمت تولید محصولاتی چون لوازم تاشوی خانگی است که شکل نهایی آن را بتوان با کمک یک تفنگ گرمایی ترسیم کرد. پناهگاه‌های اضطراری را نیز می‌توان به کمک گرمای ناشی از این تفنگ‌های گرمایی به صورت صاف و تاشو طراحی کرد.

تولید برق از بخار آب

بخار آب نیروی اساسی طبیعت است که سیستم‌های بیولوژیکی از آن به منظور تبدیل انرژی تولید شده از آب محدود در مقیاس نانو به کار مکانیکی ماهیچه‌مانند در واکنش به تغییرات ایجاد شده در رطوبت محیطی استفاده می‌کنند. وسایل تولیدشده مهارکننده انرژی که از این اصول استفاده می‌کنند، اندک بوده و محققان تنها از این اصل برای تولید انرژی تجدیدپذیر بهره‌برداری می‌کنند. محققان فناوری نانو نشان داده‌اند که از بخار تولید شده از سطح مواد کربنی با ساختار نانو می‌توان برای تولید برق استفاده کرد. جریان آب در حال تبخیر در غشای کربنی نانوذرات، انرژی حرارتی محیط را از طریق تعامل مولکول‌های آب با مواد کربنی به برق تبدیل می‌کند.

استفاده از گرافن در باتری‌ها، ابرخازن‌ها و ذخیره‌کننده‌های انرژی

در حال حاضر، گرافن بیشترین ماده‌ای است که روی کره زمین، محققان درباره آن مطالعه کرده‌اند. نتایج به دست آمده از آزمایشگاه‌های متعدد تأیید می‌کند که این ماده قابلیت تغییر چشم‌انداز ذخیره انرژی را دارد. به ویژه، گرافن ویژگی‌های جدید و بارزی دارد که در وسایل ذخیره‌کننده انرژی مانند خازن‌های کوچک‌تر، ذخیره‌کننده‌های انرژی کاملا منعطف و حتی قابل لوله شدن، باتری‌های شفاف و وسایل شارژکننده سریع و با ظرفیت بالا کاربردی است.

گرافن به دلیل سطح بسیار وسیعی که دارد، جذابیت بسیار بالایی برای سازندگان ابرخازن‌ها دارد. این ماده همچنین در انواع مختلفی از باتری‌ها به ویژه باتری‌های لیتیومی مورد استفاده قرار می‌گیرد و نیز به لحاظ شیمیایی به گونه‌ای پردازش می‌شود که مناسب استفاده در الکترودهای مقبت و منفی می‌شود. از مواد کامپوزیت گرافن در تولید نانولوله‌های کربنی، لوله‌های گرافنی و باتری‌های سولفور- لیتیومی به منظور تقویت باتری‌های لیتیومی به کار می‌رود.

حتی باتری‌های گرافنی پرینت سه‌بعدی که در آن از جوهر گرافن استفاده می‌شود، از دیگر کاربردهای ماده گرافن به شمار می‌رود.

پوست آزمایشگاهی

مواد به کار رفته در نانوفناوری حوزه جدیدی را پیش روی دانشمندان باز کرده است تا آنها بتوانند گجت‌های کنترل‌کننده قابل انعطاف‌ و کشسان را تولید کنند که به عنوان فناوری‌ پوشیدنی روی پوست مورد استفاده قرار گیرند. یکی از تولیدات این حوزه، ساخت ابزارهای الکترونیک قابل انعطاف و کشسان برای فناوری‌های پوشیدنی کنترل‌کننده سلامت است. بیشتر وسایل تولیدشده با فناوری نانو شامل وسایل الکترونیک پوستی، وسایل الکترونیک روپوستی یا وسایل الکترونیک که روی پوست بدن به صورت خالکوبی شکل می‌گیرند.

محققان همچنین از این وسایل می‌توانند در تولید اندام‌های مصنوعی و بازتوانی و نیز واسط‌های انسان- دستگاه نیز استفاده کنند. آنها در تولید این قبیل اندام‌ها، روی موادی تمرکز می‌کنند که امکان کار گذاشتن حسگرهای پوستی را روی پوست ایجاد می‌کنند تا به عنوان ابزاری تشخیصی در زمینه‌های پزشکی به کار رود.

پوستی که به روش آزمایشگاهی تولید می‌شود، این مزیت را داراست که به عنوان وسیع‌ترین عضو بدن انسان، سطح ایده‌آلی برای دسترسی به سیگنال‌های حیاتی از اعضای داخلی بدن، عروق خونی، ماهیچه‌ها، پوست و زیرپوست به شمار می‌رود. در واقع، می‌توان پوست را یک منبع سیگنال در نظر گرفت که هم قادر به تولید و هم ارسال سیگنال‌های زیستی است و از این طریق می‌تواند شاخص‌های سلامت یک فرد را نشان دهد. پوست آزمایشگاهی قادر است بیشتر شاخص‌های زیستی حیاتی را اندازه‌گیری کرده و بیماری‌های احتمالی را تشخیص دهد.

پرینت سه‌بعدی سلول‌های زنده

دانشمندان قادرند با نوعی فناوری جدید، از ساختارهای سلول‌های زنده پرینت سه‌بعدی تهیه کنند. این فناوری خاص، تولید سریع بلوک‌های ساختاری ریز را که متغیر بوده و در ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده مورد استفاده قرار می‌گیرند، امکان‌پذیر می‌کند. در این روش، قطرات ریز مایع در ابعاد بین میکرومتر و میلی‌متر تولید می‌شوند.

برای دسترسی به جدیدترین شماره مجله nexus فایل پیوست را ملاحظه فرمائید.

 

مترجم: ندا اظهری

No tags for this post.