جوهرهای نانو سه بعدی

محققان مهندسی مکانیک در دانشگاه فناوری میشیگان راهی برای ایجاد جوهر پلیمری نانوکامپوزیتی قابل چاپ سه بعدی ایجاد کرده اند که از نانولوله های کربنی (CNT) استفاده می کند-که به دلیل استحکام کششی و سبکی بالا شناخته شده است. این جوهر انقلابی می تواند جایگزین اپوکسی شود - و درک اینکه چرا خواص آن فوق العاده است اولین گام در جهت استفاده انبوه آن است.

چاپ سه بعدی، که به عنوان یک روش تولید پیشرفته نیز شناخته می شود، همه کاره و کارآمدتر از ریخته گری است. ازاین ماده اغلب برای ایجاد هندسه های پیچیده استفاده میشود. افزودن نانومواد با ابعاد کم مانند CNT ها ، گرافن ، نانوذرات فلزی و نقاط کوانتومی به مواد چاپ شده سه بعدی اجازه می دهد تا با محرکهای خارجی سازگار شوند و ویژگی هایی مانند رسانایی الکتریکی و حرارتی، مغناطیس و ذخیره الکتروشیمیایی را به آنها می دهد.

اما چاپ سه بعدی با استفاده از پلاستیک، فلز یا چیزهای دیگر کاملاً جدید نیست. آنچه محققان فناوری متفاوت انجام داده اند، استفاده از نانوکامپوزیت های پلیمری (ساخته شده از اپوکسی، نانولوله های کربنی و نانو رس) و یک فرآیند چاپ است که عملکرد را تضعیف نمی کند. محل اتصال نوع و مورفولوژی - اندازه ، شکل ، ساختار - در جوهرهای نانوکامپوزیت پلیمری ، در عملکرد ملاقات نهایی نهایی است.

اکتشاف فرآیند، مورفولوژی و خواص جوهرهای پلیمری موضوع مقاله ای است که اخیراً در مجله Additive Manufacturing توسط پریسا پور شهید سعید آبادی ، مهندس کاوشگر رابط مواد، مکانیک و پزشکی و دانشجوی کارشناسی ارشد مسعود کسرایی منتشر شده است.

آبادی و کسرایی خاطرنشان می کنند که قبل از اینکه محققان بتوانند با استفاده از جوهرهای پلیمری در مسابقات شرکت کنند، ابتدا باید راه رفتن را بیاموزند. اولین قدم این است که به تقاطع مقیاس کلان (چگونگی عملکرد یک ماده در چشمان ما) و مقیاس نانو (چیزی که ما نمی توانیم ببینیم ، اما می دانیم در حال رخ دادن است) بپردازیم.

ایجاد تفاهم قبل از سهم بازار

آبادی خاطرنشان کرد: در حالی که نانوکامپوزیت های پلیمری و محصولات و خدمات چاپ سه بعدی هر دو دارای ارزش بازار میلیارد دلاری هستند ، چاپ سه بعدی نانومواد تنها 43 میلیون دلار ارزش بازار دارد.

آبادی گفت: "برای رونق ملی و حفظ رهبری جهانی در تولید، فاصله بین کاربردهای چاپ سه بعدی در دنیای واقعی و نانومواد در مقابل چاپ سه بعدی نانومواد باید بسته شود." "این شکاف به دلیل عدم کنترل خواص نانو کامپوزیت در فرایند چاپ سه بعدی وجود دارد ، زیرا ما به طور کامل رابطه فرایند-ریخت شناسی و ویژگی را درک نمی کنیم."

تنگنا درک متقابل پیچیده بین مکانیک در مقیاس کلان فرآیندهای چاپ سه بعدی و مکانیک و فیزیک مقیاس نانو نانوکامپوزیت ها است. تحقیقات آبادی و کسرایی با بررسی رابطه بین پارامترهای فرآیند چاپ سه بعدی و ریخت شناسی نانومواد در جوهرهای چاپ نانوکامپوزیت ، که مهمترین اما کمترین کاوش شده در این پازل است، گلوگاه را برطرف می کند.

مزایای بسیاری از جوهر نانومواد

با فراتر رفتن از علم جوهر نانو کامپوزیت، این ماده به دلیل عملکردهای زیاد نویدبخش است. یکی از مزایای چاپ سه بعدی کنترل تقریباً کامل بر شکل محصول نهایی است.

رسانایی جوهر نانومواد آبادی و کسرایی یک ویژگی فوق العاده مفید است که به اپوکسی چاپ شده امکان سیم کشی الکتریکی را می دهد-چه در صفحه مدار، چه در بال هواپیما و چه در محرک های چاپ سه بعدی برای هدایت کاتتر در عروق خونی. یکی دیگر از ویژگی های مفید جوهر پلیمری نانوکامپوزیت ، استحکام آن است.

کسرایی گفت: "در مقایسه با فولاد و آلومینیوم ، شاهد کاهش 80 درصدی وزن با کامپوزیت اپوکسی با استحکام یکسان هستیم."

سرانجام ، در زمینه پزشکی و صنایع هوافضا و الکترونیک، که نقص و آسیب می تواند مشکلات بزرگی را به دنبال داشته باشد، نانوکامپوزیت ها عملکرد ایمنی را انجام می دهند.

آبادی گفت: "وقتی چیزی می شکند ، یک ترک کوچک از نقص در مقیاس کوچک شروع می شود و پیشرفت می کند تا کل ساختار را بشکند." "ویژگی های نانوکامپوزیت باعث ایجاد پل هایی در آن شکاف ها می شود و اجازه نمی دهد ترک ها رشد کنند. این یکی از مکانیسم هایی است که از طریق آن نانولوله های کربنی قدرت مکانیکی مواد را افزایش می دهند."

نسبت خواص به وزن ، رسانایی الکتریکی، افزایش استحکام و سهولت کاربرد تنها چند مورد از دلایل امیدوار کننده ای است که نشان می دهد جوهرهای نانوکامپوزیت پلیمری احتمالاً جایگزین اپوکسی های سنتی می شوند.

 

---

منبع:

 

1. Masoud Kasraie, Parisa Pour Shahid Saeed Abadi. Additive manufacturing of conductive and high-strength epoxy-nanoclay-carbon nanotube composites. Additive Manufacturing, 2021; 46: 102098 DOI: 10.1016/j.addma.2021.102098

 

6 تا از بهترین کاربردهای فناوری نانو در زیست شناسی و پزشکی

 

6 تا از بهترین کاربردهای فناوری نانو در زیست شناسی و پزشکی:

 

فناوری نانو کلمه ای است که اخیرا بیشتر در پزشکی و جراحی مورد استفاده قرار می گیرد ، زیرا توسعه دهنده روش های جدیدی را برای استفاده از این ذرات در این حوضه بوده است.

مشکل این است که برخی افراد خیلی آگاه  نیستند که  این فناوری جدید چه کاربردهایی دارد.

در زیر لیستی از 6 مورد از جالب ترین تحولات فناوری نانو ارائه شده است. همه آنها زمینه های مورد توجه مراقبت های پزشکی و پیشگیری از بیماری ها هستند که همگی پیامدهای قابل توجهی در این زمینه دارند.

با تحقیقات بیشتر ، همه آنها می توانند به اثربخشی و کارآیی مناسب رسیده و به طور بالقوه جان انسانها را نجات دهند.

 

چگونه کار می کند؟
وقتی در مورد فناوری نانو صحبت می کنیم ، ما عمدتاً در مورد ذرات مصنوعی در مقیاس میکروسکوپی صحبت می کنیم. بسیاری از ساختار ها هستند که برای مقاصد پزشکی به مواد و سلولهای زنده متصل می شوند. یا کپسول های توخالی حاوی مواد دیگری هستند که بعنوان حامل مواد دارویی استفاده میشوند.

این روش اغلب در مورد رنگها و حمل مستقیم مواد دارویی صورت می گیرد. ذرات اصلی غالباً در مواد محافظتی مانند سیلیس پوشیده شده اند تا در هنگام حمل دست نخورده باقی بمانند.

این لایه ها سپس جذب می شوند و ذره یا دارو می تواند کار خود را انجام دهد. بنابراین ، این ذرات کاربردهای بالقوه زیادی در پزشکی ، جراحی و سایر اقدامات تجاری دارند.

 

6 مورد از جالب ترین کاربردهای فناوری نانو.

1) تشخیص پروتئین
چند روش میکروسکوپی در تشخیص پروتئین با استفاده از ذرات و رنگهای طلا وجود دارد. این ذرات می توانند به سلولهای متخلف متصل شده و در اسکن یا با دوربین مشخص شوند. مشکلی که وجود دارد اینست که که آنها اغلب ممکنه محدودیت در استفاده داشته باشند.

فناوری نانو می تواند این ماده را با نانوپروب هایی که پروتئین ها را با دقت بیشتری هدف قرار می دهند ، به سطح جدیدی می رساند و طلا ، رنگ و هر دو را پراکنده کند. این ممکن است مثل برخی از داستان های علمی تخیلی به نظر برسد.

 

2) درمان سرطان

یکی از جالب ترین کاربردهای نانوتکنولوژی ، درمان سرطان است. پیشرفت های جدید بسیاری در گزینه های غربالگری و درمانی سرطان روده بزرگ و پروستات وجود دارد که شامل فناوری نانو است.

هدف از این کار ، افزایش پتانسیل درمان سرطان فتودینامیکی با برجسته کردن سلول ها است که توسط لیزرها مورد هدف قرار می گیرند. هرچه سرعت تشخیص دقیق تر باشد ، درمان مؤثرتر است.

فناوری نانو می تواند شانس رنگ و ذرات طلا را در سلول سرطانی افزایش دهد. این بدان معناست که میزان تشخیص بیشتر وجود دارد ، این امر باعث می شود تا بیماری سریعتر درمان شود. این می تواند به کاهش میزان مرگ و میر سرطان پروستات و روده بزرگ کمک کند.

 

3) مهندسی بافت
یکی از جالب ترین پیشرفت ها در حوضه ی مهندسی بافت است. در حال حاضر یکی از مهمترین جاهایی که روی اون کار میشه استفاده از کاشت مصنوعی است. که این شامل اتصالات جدید ، صفحات برای جایگزینی استخوانهای شکسته و سایر کارهای ساختاری در اثر حوادث است.

مشکل مواد فعلی مانند تیتانیوم این است که بدن به راحتی می تواند آنها را به عنوان اشیاء خارجی رد کند.

یک کشف جدید نشان داد که مهندسی بافت نانوذرات می تواند یک سطح بافت جدید ایجاد کند که به استخوان و بافت های جدید اجازه می دهد فیوز شوند. این سطح همچنین می تواند یک ساختار متخلخل را فراهم کند که باعث عبور مواد مغذی شود.

با پیشرفت بیشتر در این زمینه ، این می تواند پیامدهای مهمی در پیوند و جراحی پلاستیک داشته باشد.

 

4) کد نوری چند رنگی
رمزگذاری رنگ بخش مهمی از ژنتیک هنگام تعیین یک دنباله است. این نقشه بصری از ژن ها و پروتئین ها را فراهم می کند که شناسایی توالی ها ، نقص ها و ناهنجاری ها را بسیار آسان تر می کند.

مشکلی که در سیستم قدیمی رنگ وجود دارد اینست که فقط در این سری از رنگهای زیادی استفاده شده بود. توسعه فناوری نانو و ذرات رنگی آن را تغییر داده است. این سیستم جدید از یک سری از نیمه هادی مرکب برای دستکاری آزادتر و ترکیب برای شکل دادن به الگوهای و رنگ های جدید استفاده می کند.

حتی گزینه های فلورسنت برای لحن و سطح دید متفاوت وجود دارد. مطالعات اخیر طیف وسیعی از رنگ ها و شدت هایی را نشان می دهد که اجازه می دهد بیش از یک میلیون ترکیب کدگذاری را داشته باشند. این به معنای دقت شناسایی مهره بیش از 99/99٪ است.

 

5) دستکاری سلول
زیبایی نانوذرات ساخته شده توسط انسان در این است که اکنون از موادی که به بهترین وجه مناسب ، با خواص مناسب ساخته می شوند. برخی از آنها از کپسول ها برای انتقال و پراکندگی وسایل به ناحیه خاصی از بدن استفاده می کنند. برخی دیگر از مغناطیس برای استفاده از آن ذرات برای دستکاری شکل سلول ها استفاده می کنند.

تاثیر ذرات و نیروی مغناطیسی را می توان با استفاده از محدوده ها و ضخامت های مختلف فلز به خوبی تنظیم کرد. در اینجا فقط سلولهای بیولوژیکی مورد استفاده قرار نمی گیرند بلکه خود فناوری نیز هستند. این سازگار و همراه است.

 

6) اکتشاف تجاری
وضعیت فعلی فناوری نانو بدان معنی است که درک فعلی ما می تواند توسعه دهندگان را به مناطق مختلفی سوق دهد. نکته ای که باید توجه داشته باشید این است که فناوری نانو مربوط به دارو و تحویل دارو نیست - هرچند که این مورد تمرکز اصلی بسیاری از محققان است.

تلاشهای تجاری وجود دارد - برخی مربوط به مراقبت های پزشکی و برخی دیگر کمتر از آن - در جایی که فناوری نانو می تواند از آن استفاده کند. یکی ایجاد کمکهای باند و پانسمان با نانوذرات نقره و سایر عناصر ضد میکروبی است.

برخی دیگر می خواهند با استفاده از نانو سرامیک ها و فلزات ، پتانسیل موجود در سیستم های تصفیه را کشف کنند. سپس کسانی هستند که به جستجوی بیو نانومواد هیبریدی برای الکترونیک و نوری الکترونیک می پردازند.

آینده فناوری نانو
برای بسیاری ، نانوتکنولوژی پنجره ای شگفت انگیز در آینده بیومکانیک و پزشکی است. ماهیت علم و جزئیات دقیق دقیقه بدان معنی است که این به نظر می رسد مانند یک فناوری است که باید دور از دسترس باشد.

حقیقت این است که مدل های گفته شده در بالا همه کاربردی و در توسعه مداوم هستند. این بدان معنی است که فضای کافی برای سرمایه گذاری های آینده با سیستم تحویل دارو و هدف قرار دادن سلول وجود دارد تا آنها را حتی کارآمدتر و مؤثر تر جلوه دهند.

همچنین ، امیدواری وجود دارد که این دستگاههای متمرکز با فرآیندهای مختلف و مزایای پزشکی بتوانند چند کاره شوند. اکنون دنیای فناوری نانو در پزشکی باز است و چیزهای بیشتری برای آموختن وجود دارد.

منبع:https://www.nanotechetc.com/6-of-the-best-applications-of-nanotechnology-in-biology-and-medicine/

نانو لوله های کربنی شفاف با خواص فوق العاده در صنعت الکترونیک و ساخت صفحات لمس هوشمند تلفن همراه

 

نانولوله های کربنی تک جداره (SWCNT) کاربردهای زیادی در الکترونیک و دستگاههای لمسی جدید پیدا کرده اند. نانولوله های کربنی ورق هایی از یک لایه گرافن به ضخامت اتم هستند که به شکل یکنواخت در اندازه ها و شکل های مختلف چرخانده می شوند. برای اینکه بتوانید از آنها در محصولات تجاری مانند ترانزیستور شفاف برای صفحه نمایش تلفن استفاده کنید ، محققان باید بتوانند به راحتی نانولوله ها را برای خواص مواد خود آزمایش کنند و روش جدید به این امر کمک می کند.

گروه پروفسور اسکو I. کاوپینن ​​در Aalto سالها تجربه در ساخت نانولوله های کربن برای کاربردهای الکترونیکی دارد. روش منحصر به فرد این تیم از ذرات معلق در هوا از کاتالیزورهای فلزی و گازهای حاوی کربن استفاده می کند. این روش مبتنی بر ذرات آئروسل به محققان اجازه می دهد ساختار نانولوله را به طور مستقیم کنترل کنند.

ساخت ترانزیستورهای نانولوله تک کربنی معمولاً خسته کننده است. این ماده اغلب از مواد نانولوله کربنی خام به ترانزیستورها چند روز طول می کشد ، و دستگاه ها ممکن است آلوده به مواد شیمیایی فرآوری شده باشند و عملکرد آنها را خراب کند. با این وجود روش جدید باعث می شود در طی 3 ساعت صدها دستگاه نانولوله کربن جداگانه تولید شود که این افزایش بیش از ده برابر راندمان است.

از همه مهمتر ، این دستگاههای ساختگی حاوی مواد شیمیایی فرآوری کننده تخریب کننده بر روی سطح آنها نیستند. این دستگاه های به اصطلاح فوق العاده تمیز قبلاً حتی از ترانزیستورهای معمولی نانولوله تک کربنی ساخت حتی سخت تر بودند.

دکتر نان وی ، محقق فوق دکترا در گروه می گوید: "این دستگاه های تمیز به ما کمک می کنند تا خواص مواد ذاتی را اندازه گیری کنیم. و تعداد زیادی دستگاه به درک سیستماتیک تر از نانومواد کمک می کند تا فقط چند نکته در داده ها." .

این مطالعه نشان می دهد که نانولوله های مبتنی بر ذرات معلق در هوا از نظر کیفیت الکترونیکی بسیار عالی هستند ، توانایی آنها در برق برای برق تقریباً به اندازه تئوریکی برای SWCNT مناسب است.

مهمتر از همه ، روش جدید همچنین می تواند در تحقیقات کاربردی نقش داشته باشد. یک مثال این است که دانشمندان ممکن است با مطالعه ویژگی هدایت ترانزیستورهای بسته نرم افزاری SWCNT راه هایی برای بهبود عملکرد فیلمهای رسانا انعطاف پذیر بیابند. این امر می تواند برای طراحان در تلاش برای ساخت تلفن های منعطف و ضد انعطاف پذیر مفید باشد. کار پیگیری گروههای ژاپن و فنلاند در حال انجام است.

منبعو اطلاعات بیشتر:

 Nan Wei et al, Fast and Ultraclean Approach for Measuring the Transport Properties of Carbon Nanotubes, Advanced Functional Materials (2019). DOI: 10.1002/adfm.201907150

Journal information: Advanced Functional Materials 

راهکار‌های 5گانه فناوری‌نانو برای تامین امنیت آینده

 

فناوری‌نانو با داشتن خواص فیزیکی نظیر رسانایی الکتریکی و واکنش‌های شیمیایی می‌تواند به توسعه ادواتی منجر گردد که عملکرد آنها را تحت‌‌تاثیر قرار دهد. در صورتی که ما بتوانیم این فناوری را ارتقا دهیم، این فرصت را خواهیم داشت تا نه تنها حوزه الکترونیک بلکه بسیاری از حوزه‌های زندگی مدرن کنونی را تغییر دهیم.

5 راهکار فناوری‌نانو برای تامین امنیت آینده عبارتند از: 

1. پزشک‌هایی در درون بدن

فناوری پوشیدنی متناسب به این معنی است که ما قادریم سلامتی خود را با استفاده از دستگاه‌هایی خاص بررسی کنیم. این دستگاه‌ها اغلب نمونه خال‌های الکترونیکی هستند که می‌توانند علائم حیاتی ما را حس کنند. اما با کوچک‌سازی این فناوری ما می‌توانیم با جایگزینی و یا تزریق حسگرهای کوچک در داخل بدن، سلامتی خود را پایش نماییم.

2. حسگرها

با اتکا بر نانومواد و تکنیک‌های ساختی که به تازگی اختراع شده‌اند، امکان افزایش کارایی انرژی و کوچک‌‌تر و کامل‌تر شدن این حسگرها فراهم شده است. برای مثال در حال حاضر امکان چاپ حسگرهایی با ویژگی‌های بسیار خوب در رُل‌های منعطف پلاستیک‌ها و با هزینه پایین فراهم شده است. 

3. ساختارهای خودترمیم ‌شونده

وقتی شکاف‌ها ظاهر شوند در این صورت نقش فناوری‌نانو پررنگ‌تر می‌شود. تغییر ساختار مواد در مقیاس نانو، با ایجاد ساختی که قادر به دفع آب می‌باشد، خواص منحصر به ‌فردی را در آنها ایجاد می‌کند. در آینده، پوشش‌ها یا افزودنی‌های فناوری‌نانو این امکان را فراهم می‌سازند تا زمانی که مواد آسیب دیده یا پوسیده شدند، ترمیم شوند. 

4. امکان ساخت داده‌های بزرگ

تمامی این حسگرها نسبت به گذشته اطلاعات بیشتری را تولید می‌کنند. به همین دلیل ما به فناوری نیاز داریم تا بتوانیم آنها را پردازش کنیم. در این راستا، فناوری‌نانو امکان ساخت حافظه‌های فوق‌العاده فشرده که ذخیره کردن گنجینه داده‌ها را ممکن می‌سازند، فراهم می‌کند. 

5. مقابله با تغییرات آب و هوایی 

مقابله با تغییرات آب و هوایی به این معنی است که ما به راه های جدیدی برای تولید و مصرف برق نیاز داریم که در حال حاضر فناوری‌نانو نقش مهمی در این زمینه ایفا می‌کند. فناوری‌نانو به ساخت باتری‌های با امکان ذخیره انرژی بیشتر برای خودروها کمک کرده و این امکان را فراهم می‌سازد تا صفحات خورشیدی نور بیشتری را به برق تبدیل کنند. ترفند مشترک در هر کدام از کاربردهای فوق، استفاده از نانوساختارها یا نانومواد (مثلا نانوسیم‌ها یا نانولوله‌های کربنی) است که یک سطح صاف را به یک سطح سه بعدی با سطح بسیار بیشتر تبدیل می‌کند. 

دی ان ای، پیشرفته‌ترین زبان ِ برنامه‌نویسی فناوری‌نانو

یکی از محققان برجسته در حوزه مواد قابل برنامه‌ریزی بر این باور است که یکی از بهترین راه‌های عملی دستیابی به نانوفناوری پیشرفته، استفاده از DNA سلول به‌عنوان زبان برنامه‌نویسی برای ایجاد ساختارهای زنده‌ای است که عملکردهای مورد نظر را از خود نشان می‌دهند.

 

برای بسیاری کلمه نانوفناوری به معنای یک ماشین بسیار ریز، حتی کوچک‌تر از سلول‌های درون بدن ماست. این ماشین می‌تواند دارای عملکردهای بسیار جذابی همچون تعمیر بافت، پاکسازی پروتئین‌های آسیب‌دیده و یا نابودی سلول‌های سرطانی و ویروس‌ها باشد. بدن ما می‌تواند پر از این ماشین‌هایی باشد که از آن به خوبی مراقبت می‌کنند. تولید چنین ماشین‌هایی یک ایده بسیار جذاب است و شاید روزی چیزی شبیه به این ماشین‌ها را بتوانیم تولید کنیم. اما در حال حاضر این ماشین‌ها بیشتر شبیه تخیل هستند تا واقعیت.

آندرو هسل محقق برجسته گروه مواد زیستی/نانویی و بنیانگذار موسسه خیریه Pink Army که برای مبارزه با سرطان پستان است، می‌گوید: «در حال حاضر فناوری‌نانو بسیار دشوار است». او که به‌طور معمول خود را یک زیست‌شناس معرفی می‌کند، در همایش «پزشکی نمایی» در مورد فناوری‌نانو سخنرانی ‌کرد تا نشان دهد این دو حوزه بیش از آنکه تصور می‌کنیم، باهم همپوشانی دارند.

چرا فناوری‌نانو اینقدر دشوار به نظر می‌رسد؟ زیرا قوانین معمول در دنیای نانو حاکم نیستند. در این مقیاس بسیار کوچک همه چیز زنده، پویا و دائم در حال حرکت است. فیزیک اشیاء متفاوت بوده و مقیاس زمانی، بسیار عجیب است. اما مساله این است که می‌توان به این فناوری از زاویه دیگری که هسل توصیف می‌کند، نگریست. براساس نظر وی، فناوری‌نانو یکی از قدیمی‌ترین و توسعه‌یافته‌ترین فناوری‌های مورد استفاده است.

ویروس‌ها یا ماشین‌های سلولی بدن در مقیاس نانو عمل می‌کنند. هسل می‌گوید: «وقتی به سلول‌ها می‌نگرد، یک سخت‌افزار محاسباتی و تولیدی می‌بیند که مشغول خودآرایی است. این سخت‌افزار خودآرا یک زبان برنامه‌نویسی به نام DNA دارد که در تمام موجودات زنده مشترک است و این چیزی است که ما باید از آن بهره ببریم.» هسل می‌افزاید: «اگر واقعا علاقمند به فناوری‌نانو هستید، اما می‌خواهید به‌ صورت دیجیتالی آن را اجرا نمایید، باید روی برنامه‌نویسی سلول‌ها برای انجام کارهای مورد نظر و استفاده از DNA به‌عنوان زبان برنامه‌نویسی فکر کنید».

ما سالهاست که با استفاده از DNA شکل‌های ساده ایجاد می‌کنیم. در حال حاضر می‌توانیم شکل‌های پیچیده نیز تولید کنیم و تصور طراحی این شکل‌ها روی رایانه دور از دسترس نیست. حتی برخی از اشکال DNA می‌توانند عملکردهای ساده‌ای همچون حمل یک مولکول (همچون مولکول دارو) را انجام دهند. هسل همچنین درباره زیست‌شناسی سنتزی صحبت می‌کند. ما می‌توانیم کدهای DNA را نوشته، آن را به یک مرکز چاپ ارسال کرده، پس از چند هفته آرایه DNA مورد نظر را دریافت کرده و ویروسی بسازیم که قادر به اجرای عملکردهای مورد پیش‌بینی در کد خود است. این کاری است که در حال حاضر هسل در گروه خود انجام می‌دهد: نوشتن نرم‌افزاری برای دستکاری زیستی در کوچک‌ترین مقیاس و اجرای عملکردهای مورد نظر از ساختار ایجاد شده. در حال حاضر او روی نانوذرات تمرکز دارد، اما به سرعت در حال توسعه کار خود روی زمینه‌های پیچیده‌تر است.

منبع: singularityhub.com

الهام از طبیعت...(پاهای مارمولک‌ها، آبدزدک‌ها و عنکبوت‌ها)

در بدن بسیاری از حیوانات ساختارهای نانو وجود دارد. بیوتربیولوژی، مطالعه اصطکاک، روان کنندگی و فرسایش در مورد موجودات زنده است. بررسی پدیده‎های چسبندگی پای مارمولک از نمونه مثال هایی است که در حوزه بررسی این دانش قرار می‎گیرد. مارمولک های گکو گونه‎های شناخته شده در قابلیت بالا رفتن از سطوح صاف و حتی چسبیدن به سقف و راه رفتن روی آن هستند. آبدزدک ها، حشرات کوچکی هستند که می توانند روی آب اسکی بروند بدون آنکه پاهای آن ها در آب فرو رود و خیس شود. عنکبوت قابلیت فوق العاده ای در چسبیدن و بالارفتن از سطوح صاف دارد. این مقاله به بررسی چسبندگی این موجودات بر اساس نیروهای واندروالس بین نانوساختار پا و سطح، پرداخته است. از ساختار مشابه بدن این موجودات در کاربردهای فناوری نانو استفاده شده است. 

پاهای مارمولک ها، آب دزدک ها و عنکبوت ها

زمین مهد نانوفناوری است و طراح و سازنده موجودات، قدرتی بی‎کرانی دارد که اکنون هیچ کس نمی‎تواند آن را انکار کند. نانو در حیات وابسته به علم محدود بشری است که باید ابزارهایی مثل میکروسکوپ های قدرتمند الکترونی را برای دیدن این ابعاد استفاده کند، نیست و از روزی که موجودات ایجاد شده‎اند، نانوساختارهاو پدیده‎های نانومتری و حتی فراتر از آن بوده‎اند. فکر کنید که هر مارمولک، پشه، مگس، سوسک یا آب دزدکی که می‎بینید بدون استفاده از روش های پرهزینه ساخت، از پاهایی برخوردارند که نانوساختارهایی دارد. شما خیلی از این موجودات را دیده‎اید. اما با مطالعه این مقاله متوجه خواهید شد که از این به بعد باید با دقت بیشتری به حرکت‎های این حیوانات توجه کنید. 

تریبولوژی مطالعه اصطکاک، روان کنندگی و فرسایش است، زمانی که در مورد موجودات زنده مطرح می‎شود "بیوتریبولوژی" نامیده می‎شود. بررسی پدیده‎های چسبندگی پای مارمولک از نمونه مثال هایی است که در حوزه بررسی این دانش قرار می‎گیرد. مارمولک های گکو گونه‎های شناخته شده ای هستند که در قابلیت بالا رفتن از سطوح صاف و حتی چسبیدن به سقف و راه رفتن روی آن می باشد. بین پای مارمولک و سطح نیروی چسبندگی بالایی وجود دارد. اما این نیرو از کجا آمده است؟ منشاء این نیروی چسبنده سوالی بوده که مدت زیادی بی پاسخ مانده است. در سال 2000 گزارشی از پاهای چسبنده مارمولک به چاپ رسید که در آن مکانیزم چسبندگی پاهای مارمولک بیان شده بود. آن ها این نیروی چسبندگی خاص را ناشی از تجمع نیروی واندروالس بین رشته‎های متعدد پای گکو و مولکول های سطحی مواد جامد عنوان کردند. کشف این حقیقت نیز مرهون استفاده از میکروسکوپ های الکترونی قدرتمندی بود که می‎توانست ابعاد نانومتری را به نمایش بگذارد [1]. 

شکل 1: پدیده مشابه در پای انواع مارمولک ها

شکل2: رمز حرکت مارمولک ها روی دیوار در پاهای آن ها است [3]. 

شکل3: ساختار ریز پاهای مارمولک‎ها

نیروی واندروالس یک نیروی جاذبه یا دافعه الکترومغناطیسی ضعیف است که بین مولکول های خنثای نزدیک به هم وجود دارد. با این حال ارتباط بین این نیرو در مقیاس مولکولی و چسبندگی پاهای مارمولک غیرقابل قبول به نظر می‎رسد [3]. 

بررسی انجام شده با میکروسکوپ الکترونی روی پاهای یک گکوی توکای(در آسیای جنوبی یافت می‎شود) نشان می‎دهد که نزدیک به پانصد هزار موی(ستا) برجسته روی پای مارمولک قرار دارد. هر مو حدود 100 میکرومتر (دو برابر قطر موی انسان) طول دارد و 400 تا 1000 رشته ظریف با برجستگی انتهایی(اسپاتول) روی آن است. به خاطر این ساختار سلسله مراتبی، فاصله بین مولکول های سطحی و موها خیلی نزدیکتر به هم می‎شود و نیروهای واندروالس عمل می‎کند. هر چند نیروی ایجاد شده با هر موی واحد اندک است اما تجمع نیروها از هزاران رشته مو به اندازه کافی قدرتمند می‎شود. محاسبات انجام شده نشان می‎دهد که یک پای گکوی 100 نیوتن نیروی چسبندگی ایجاد می‎کند. از سویی نیروی ایجاد شده تک رشته ای می‎تواند وزن یک مورچه را تحمل کند و با یک میلیون رشته با مساحتی کمتر از یک سکه 196 نیوتن نیروی چسبندگی ایجاد می‎شود. در واقع یک گکو می‎تواند بدنش را با یک بند انگشت هم نگه دارد. پای گکو هم خصوصیت خود تمیز شوندگی و ضد خوردگی نیز دارد و همیشه تمیز است. این به خاطر عدم تعادل نیروهای چسبندگی یک ذره آلوده از رشته موهای مجاور است [3]. 

ایده نوار چسب های گکو از مکانیزم استفاده شده در پای مارمولک الهام گرفته شده است تا بتواند حرکت روی سطوح صاف و سقف‎های شیشه‎ای را ممکن کند. چسب گکو خودتمیز شونده می باشد و بارها چسبیده و جدا می‎شود. چسب گکو فیلمی با آرایه‎های فشرده‎ای از میله‎های منعطف پلی ایمیدی است که با روش لیتوگرافی پرتو الکترونی و حکاکی پلاسمای اکسیژن آماده می شود. این رشته‎ها به اندازه‎ای ظریف و فشرده هستند که نیروی چسبندگی گکو را به همان حد ایجاد کنند. موهای نوار چسب گکو 2000 نانومتر طول و 200 نانومتر قطر دارند و به سطحی منعطف چسبیده است. یک سانتیمتر مربع از نوار گکو حدود 100 میلیون از این رشته موها دارد و می‎تواند وزن یک کیلوگرم را روی صاف ترین سطوح تحمل کند. این چسب مواد شیمیایی مضر چسب های معمول را ندارد. این نوار باید از کنار کشیده شود تا جدا شود. کاربرد چنین نواری می‎تواند در کاربردهای رباتیک باشد. با این حال در مرحله کنونی فرایند ساخت نوار چسب گکو آنقدر طولانی و پرهزینه می باشد که فعلاً تجاری نیست. کاربردهایی که برای این چسب ها در نظر گرفته شده است،گیره‎ها و بخیه‎های جراحی، ابزارهای ایمنی برای صخره نوردی، بندهای یک طرفه نایلونی، بانداژهای ساده‎تر و دستکش های چسبنده برای دروازه بان‎ها و... می باشد [6]. 

شکل 4: نوار چسب گکو

شکل 5: تصویر میکروسکوپ الکترونی پویشی موهای پلی ایمیدی میکرومتری شبیه به موهای پای گکو.

سوسک‎ها و مگس‎ها نیز نانوساختارهایی دارند که به آن ها کمک می‎کند تا به دیوارها و سقف‎ها و چیزهایی که به ظاهر صافند بچسبند. در تغییر ابعاد موجود شکل این پاها تغییر می‎کند. 

شکل6: شکل ستا و اسپاتول در سوسک، مگس، عنکبوت و گکو و تغییر آن ها 

در زمان برداشتن پاهای مارمولک باید پاها را از دیوار بکند و این کار با لوله کردن ستاها به داخل انجام می‎‎شود [3]. 

آبدزدک های گرایدای حشرات کوچکی حدود یک سانتیمتر هستند که به طور معمول روی سطح آب برکه‎ها، یا آب های ساکن دیده می‎شوند. شبیه به سایر حشرات آن ها هم 6 پای متصل به هم دارند که از شمار زیادی ستا تشکیل شده است. آبدزدک روی آب اسکی هم می رود و بدون آنکه پاهای آن در آب فرو برود و خیس بشود این کار را انجام می‎دهد. در اثر راه رفتن آبدزدک سکون آب به هم نمی‎خورد. این مساله نیز مدت هاست که دانشمندان را به تفکر واداشته است. در گذشته دانشمندان علت این رخداد را کشش سطحی ناشی از انحنای سطوح آزاد می‎دانستند. 

در سال 2004 این حقیقت مشخص شد که ساختار میکرو و نانومتری پاها در خواص ضد آب آن ها تاثیر بالایی دارد. ساختار پاهای آبدزدک ها طوری است که می‎توانند روی آب راه بروند. پنج علت برای رخ دادن این اتفاق وجود دارد؛ مساحت سطح، نیروهای گرانشی، نیروهای سطحی(نیروهای واندروالس) و یک سطح واکسی (آبگریز) روی پای آن ها و از همه مهم تر اینکه میکروموهای پاهای آن ها از نانوشیارهای مارپیچی تشکیل شده‎ است. سنجش مکانیکی پاها نشان داده است که حداکثر نیروی حمایت کننده یکی از پاها 15 برابر کل وزن بدن حشره است. این راهنمای خوبی برای طراحی سطوح فوق آبگریز در حرکت و وسایل آبی است [3]. 

تصاویری با کیفیت SEM نشان می‎دهد که میکروموهای سوزنی شکل پاها را پوشانده‎اند. قطر موهای انسان 80 تا 100 میکرومتر است. قطر ستا در پای آبدزدک کمتر از 3 میکرومتر است. شیارهای مارپیچ نانومتری در هر میکروستایی وجود دارند و ساختاری چند سطحی را ایجاد کرده‎اند. هوا بین فضای میروستاها و نانوشیارها محبوس شده تا بالشی از هوا را در سطح پاها ایجاد کند که اجازه ی تر شدن پاها را نمی‎دهد. بنابراین آبدزدک می‎تواند با سرعت روی آب راه برود، بدون اینکه پاهاش خیس شود و این فوق آبگریزی پاها در مقیاس ماکرو (ابعاد عینی) دیده می‎شود [3]. 

شکل7: الف) آبدزدک ایستاده روی آب؛ تصاویر SEM ، ب) میکروستاهای پا، ج) نانوشیارها، د) تصویر AFM نانوشیارهای ستا، ه) یک قطره آب روی یک پا، و) حداکثر نفوذ پاها به داخل آب

ببرسی‎ها نشان می دهد که وقتی پاها به سطح آب می‎خورد می‎تواند تا عمق 4 میلیمتری فرو برود و حجم آب دفع شده در این حالت، 300 برابر حجم خود پا است. این دافعه ی آب از نیروی پشتیبان سطحی بالای آن نشأت می گیرد و نیروی تنهای یکی از پاها کافی است تا 15 برابر وزن آبدزدک روی سطح آب را تحمل کند. این نیروی پشتیبان مطمئن ترین تضمین برای آن است که آبدزدک حتی در طوفان‎های شدید نیز می تواند آزادانه روی سطح آب حرکت کند بدون آنکه در آب فرو رود. این کشف می‎تواند در تولید مواد ضد آب پیشرفته مفید و موثر باشد [3]. 

قابلیت فوق العاده عنکبوت در چسبیدن و بالارفتن از سطوح صاف معلق بر اساس نیروهای واندروالس است. بعد از محاسبات آن ها دریافتند که نیرویی که پاها به عنکبوت می‎دهند، 170 برابر وزن بدنش است. این نیرو کمی متاثر از محیط پیرامون می باشد، به صورتی که عنکبوت می‎تواند از سطوح تر یا صاف هم عبور کند. بعد از مشاهده ی پاهای عنکبوت زیر میکروسکوپ SEM مشخص شد در این پاها نیز تعداد زیادی موی ستا وجود دارد، که روی آن ها یک لایه چندصد نانومتری (ستول Setule) قرار دارد. با این ستا و ستول‎ها، عنکبوت می تواند از سطح یک جامد بالا برود و همچنین اندازه گیری‎های بیشتر با AFM نشان داد که هر ستول می تواند 40 نانونیوتن ایجاد کند، این آنقدر زیاد است که بتواند یک عنکبوت ریز 15 میلی گرمی را جابجا کند. دانشمندان عقیده دارند این نیروی چسبندگی از تعامل واندروالسی بین ستول هایی که اتصال ضعیفی دارند و فاصله هر کدام از آن ها با هم حدود چندین نانومتر است. تجمع اثر تعامل های بسیار خرد، روی همه 8 پای عنکبوت می‎تواند به نیرویی منجر شود که در ابعاد عینی(ماکرومتری) بسیار بزرگ است[3]. این ویژگی در بدن عنکبوت و پاهای آن به پدیده ای منجر میشود که کمک می کند عنکبوت در آب خیس نشود. بر این اساس پارچه هایی ساخته شده که در آب خیس نمی شوند [4].

شکل8: نیروی چسبندگی پنهان ایجاد شده از میکروساختارها ردیف الف) تصویر SEM پاهای عنکبوت، و ب) پاهای سوسک

به جز گکو و عنکبوت چسبندگی فوق العاده در سوسک ها با سطح نیز با همان مکانیزم توجیه می‎شود. مشاهدات SEM نشان می دهد که سرهای تارهای شکمی پاهای سوسک به طور جمعی به هم می‎چسبند و خوشه‎هایی را می سازند که این خوشه‎ها به صورت ردیف ردیف مستقر شده‎اند [3]. 

بیشتر حیوانات و حشرات با نیروی بالای چسبندگی روی پاهایشان قابلیت چسبندگی را از نیروی مویینگی آب به دست آورده‎اند. با این حال گکوها، عنکبوت ها، مگس ها و برخی سوسک ها می‎توانند از سطوح عمود یا سقف ها بدون نیاز به آب بالا بروند. نوار چسب های ساخته شده با ساختار مشابه پاهای این موجودات می‎تواند بارها و بارها بچسبد و جدا شود. لباس های فضانوردان یا چسب هایی که زیر دریا است می‎تواند با این مکانیزم، حرکت آن ها را در سطوح خارجی تسهیل کند. در رباتیک نیز از این نوع چسب ها می تواند برای ساخت مارمولک های مصنوعی بهره برد [3]. 

منابـــع و مراجــــع

1.J. m. Benyus, Innovation inspired by nature Biomimicry, J. ECOS, No 129, 2006.

2. A. Lakhtakia, R. J. Martin-Palma, Engineered Biomimicry, Elsevier, 2013, p291

3. L. Jiang, L. Feng, Bioinspired Intelligent Nanostructured Interfacial Materials, 2010.

4.NatureTech Technology, video, part 1&2&3.

5. H. Yahya, Biomimetics, technology imitates Nature, Global Publishing, 1999.

6.Heinmann Chemistry, Bonding, surfaces and nanoparticles, pg173

سفر شگفت انگیز: نانوموتور درون سلول‌ زنده انسان!

دانشمندان موفق شدند برای نخستین بار یک موتور بسیار کوچک را درون سلول زنده انسانی قرار داده و آن را به طور مغناطیسی هدایت کنند. این گامی بزرگ برای هدایت هوشمند داروها است.

دانشمندان موفق شدند برای نخستین بار یک موتور بسیار کوچک را درون سلول زنده انسانی قرار داده و آن را به طور مغناطیسی هدایت کنند. این پیشرفت نشان دهنده گام دیگری به سوی ماشین مولکولی است که می تواند به آزاد سازی داروها در یک موقعیت خاص درون بدن منجر شود. محققان به این راهبرد علاقمند بودند چرا که می توانند فواید دارو را با کمترین میزان عوارض جانبی ارتقا دهند. دانش پژوهان این ذرات فلزی موشک شکل با استفاده از تکانه های اولتراسوند هدایت کردند.

پروفسور تام مالوک دانشمند علوم مواد از دانشگاه دولتی پنسیلوانیا و همکارانش نتایج این تحقیقات را در نشریه Angewandte Chemie International Edition منتشر کرده اند. مالوک گفت: همانطور که این نانوموتورها درون ساختار سلول می گردند و بالا و پایین می روند، سلول زنده واکنش های مکانیکی داخلی از خود نشان می دهد که پیش از این هیچ کس هرگز آنها را مشاهده نکرده بود. این تحقیق نمایش زنده ای است که می توان از آن برای استفاده نانوموتور های مصنوعی در مطالعه زیست شناسی سلول به روش های جدید استفاده کرد. تا کنون نانوموتورها فقط در محیط های آزمایشگاهی مطالعه شده اند نه در سلول های زنده انسانی.

این نانوموتورها با استفاده از توان اولتراسوند بسیار پایین، بر روی این سلول ها تاثیری اندکی دارند. اما وقتی که این توان افزایش یابد نانوموتورها وارد عمل شده و در ساختارهای درون سلولی که کارهای خاصی انجام می دهند می گردند. مالوک می گوید: ممکن است بتوانیم از این نانوموتورها برای درمان سرطان و دیگر بیماری ها با دست ورزی مکانیکی سلولها از داخل، استفاده کنیم. علاوه بر این، این نانوموتورها می توانند جراحی درون سلولی انجام داده و داروها را به شیوه غیرتهاجمی به بافت زنده برسانند. محققان توانسته اند این موتورهای کوچک را با نیروهای مغناطیسی هدایت کنند.

دانشمندان همچنین دریافتند نانوموتورها می توانند به طور خودکار یعنی بطور مستقل از یکدیگر حرکت می کنند توانایی که برای کاربردهای آینده مهم به نظر می رسد. حرکت خودکار می تواند به نانوموتور ها کمک کند به طور گزینشی سلولهایی را که بدخیم را نابود کنند. مالوک بر این عقیده است : اگر می خواهید این موتورها سلوهای سرطانی را از بین ببرند بهتر است حرکت مستقل داشته باشند. نباید انبوهی از این نانوموتورها در یک جهت حرکت کنند.

وی در توصیف استفاده های بالقوه این فناوری نانوموتور گفت: در سال ۱۹۶۶ یک فیلم علمی تخیلی ساخته شد که در آن یک زیردریایی و خدمه آن بسیار کوچک شدند و به جریان خون یک فرد در حال احتضار تزریق شدند تا جان او را نجات دهند. (این فیلم بر اساس داستان مشهور «سفر شگفت‌انگیز» اثر آیزاک آسیموف ساخته شده بود). به گفته وی، یکی از کاربردهای رویایی ما سفر جذاب پزشکی است که در آن نانوموتورها در سراسر بدن حرکت خواهند کرد، با یکدیگر در تماس خواهند بود و انواع کارهای تشخیص و درمان را انجام خواهند داد.این دانش پژوهان بر وجود کاربردهای بسیار زیادی برای ذرات قابل کنترل در این مقیاس بسیار کوچک تاکید دارند.

آیا نانو ربات ها می توانند مغز را هک کنند؟

بنا به پیش‌بینی یکی از دانشمندان دانشگاه ام‌آی‌تی، در دهه ۲۰۴۰ میلادی می‌توان نانوربات‌هایی را از طریق جریان خون وارد مغز کرد و به کمک آنها از اطلاعات موجود در مغز افراد آگاه شد یا اینکه اطلاعات جدیدی را وارد مغز نمود.

نیکولاس نگروپونته یکی از بنیان گذاران اینترنت و سازنده آزمایشگاه مدیای اِم‌آی‌تی (MIT Media Lab) میباشد که ایده‌های خود را در کتاب پرفروش “دیجیتالی‌شدن (Being Digital) مطرح کرده است. این کتاب حاصل پیش‌ بینی‌های معروف او در زمینه ی چگونگی ادغام ناگهانی جهان تعاملی، جهان سرگرمی و جهان اطلاعات است. بسیاری از پیش‌بینی‌های نگروپونته مربوط به دهه هشتاد میلادی است و به نظر می‌رسد پیش‌بینی‌های او در مورد آینده در دهه ۲۰۴۰، به کمک نانوربات‌ها و هک مغز اعصاب (Neurohacking)، قابل‌درک خواهد بود.

نگروپونته معتقد است که در دهه آینده، فناوری‌های زیست‌شناسی مصنوعی (synthetic biology) و رابطه بین زیست‌شناسی و سیلیسیم، از فناوری‌های مخرب خواهند بود. وی می‌گوید: «کلید‌‌ پیش‌بینی من این بود که بهترین راه را برای ارتباط برقرارکردن با مغز، از طریق داخل بدن، یعنی جریان خون می‌دانستم. اگر شما یک ربات کوچک به جریان خون تزریق نمایید، می‌توانید به همه سلول‌ها، اعصاب و تمام چیزهایی که در مغز است نزدیک شوید.

نیکولاس نگروپونته

بنابراین اگر شما بخواهید اطلاعاتی را وارد کنید و یا اینکه اطلاعاتی را بخوانید، می‌توانید این ربات را وارد جریان خون نمایید. در حالت تئوری می‌توانید شکسپیر (Shakespeare) را در جریان خون خود بارگذاری نمایید و به صورت ربات‌های کوچک، به بخش‌های مختلف مغز بفرستید. یا اینکه اگر بخواهید صحبت به زبان فرانسوی را یاد بگیرید، می‌توانید ربات‌ها را به صورت تکه‌های فرانسوی وارد خون نمایید. بنابراین در تئوری، شما می‌توانید اطلاعات را به درون بدنتان بفرستید.»

ربات‌های کوچک یا نانوربات به وسیله نانوفناوری پیشرفته توسعه یافته‌اند. آنها می‌توانند به‌قدری کوچک باشند که با چشم دیده نشوند و در مقیاس نانو (یک نانومتر معادل یک میلیاردیم متر است) عمل کنند. نانوربات‌ها می‌توانند به صورت بی‌سیم با یکدیگر و با جهان خارج ارتباط داشته‌ باشند. همچنین می‌توانند اطلاعات مغز را هک کنند. نانو ربات‌ها را می‌توان به کمک روش‌هایی مانند استفاده از قرص وارد بدن کرد تا بتوانند اطلاعات موجود در نورون‌ها (یاخته‌های عصبی) و سیناپس‌های مغز را بخوانند و یا اینکه اطلاعات جدیدی را وارد مغز نمایند، به عنوان مثال اطلاعاتی مانند شکسپیر و یا یک زبان جدید.

نانوروبات‌ها بیشتر شبیه یک داستان تخیلی هستند، اما داستان‌های تخیلی اغلب درست از آب در می‌آیند و به فناوری تبدیل می‌شوند. ما نباید انتظار داشته باشیم که این فناوری در سال آینده قابل‌ دسترسی باشد، البته پیشرفت‌های کنونی در فناوری عصب‌ شناختی (نئوروفناوری) باعث تشویق برای دستیابی به فناوری‌های جدیدتر می‌شود. برای مثال در حال حاضر می‌توان به وسیله حسگرهای بی‌سیم، ارتباطی بین مغز و کامپیوتر ایجاد نمود و با فکرکردن، بازی‌های کامپیوتری انجام داد.

نانوذرات حاوی آنتی‌بادی برای رهاسازی دارو به سطح قرنیه

گروه تحقیقاتی از مرکز زیست‌شناسی مولکولی و سلولی در حیدرآباد هند نشان دادند که داروی ضدقارچ با استفاده از این نانوذرات وارد محیط چشم شده و التهاب را کاهش می‌دهد. این سامانه دارویی روی موش‌های آزمایشگاهی و انسان مورد آزمایش قرار گرفته است.
کراتیت یک بیماری‌ چشم است که در آن قرنیه دچار آسیب شده و ممکن است فرد را گرفتار مشکل بینایی کند.
این نانوذرات برای درمان کراتیت مورد آزمایش قرار گرفته است. در حدود 30 درصد از بیماران دچار کراتیت، در نهایت دچار نابینایی می‌شوند. دلیل این امر پروتئاز تولید شده توسط پاتوژن است که موجب آسیب به قرنیه چشم می‌شود. این نانوذرات رساندن دارو به قرنیه را بهبود داده و می‌تواند اثربخشی آن را افزایش دهد؛ همچنین قادر است التهاب چشم را مدیریت کرده و آن را بهبود دهد.
براساس گزارش‌های محققان، درمان کراتیت بسیار چالش برانگیز است؛ چرا که هم عفونت و هم التهاب باید درمان شود. 
چالش دیگر، حفظ سطح دوز مناسب دارو در سطح قرنیه است؛ چرا که اشک چشم و پلک‌زدن موجب شسته شدن دارو از سطح چشم می‌شود. در روش جدید، محققان از نوعی آنتی‌بادی استفاده کردند که روی سطح نانوذرات قرار می‌گیرد و قادر به اتصال به قرنیه است. با اتصال نانوذرات به سطح قرنیه، ماندگاری آن در چشم افزایش یافته و رهاسازی دارو با کارایی بالاتری انجام می‌شود. پروتئاز تولید شده توسط قارچ موجب از بین رفتن نانوذرات ژلاتینی شده و دارو رهاسازی می‌شود. همین تأثیر پروتئاز روی نانوذرات نیز می‌تواند موجب کاهش آسیب به قرنیه شود.

تولید آب شیرین با استفاده از انرژی خورشید و فناوری نانو

حققان به منظور بهبود کارآیی فرآیند، انرژی خورشید را در سیستمی موسوم به تقطیرغشایی با نانوفوتونیک فعال (NESMD) مورد استفاده قرار می‌دهند. در این شیوه نانوذرات سیاه رنگ کربن درون غشاء تعبیه می‌شوند. این نانوذرات موجب جذب 80 درصد از انرژی خورشید و در نتیجه گرمایش غشاء می‌شوند تا آب شور با سرعت بیشتری تبخیر شود و انرژی خارجی موردنیاز سیستم کاهش یابد.

این سیستم در ابعاد بسیار کوچک و صرفا برای آزمایش صحت عملکرد ایده محققان طراحی و ساخته شده است. اما محققان نمونه دیگری را با ابعاد 70 در 25 سانتیمتر ساختند و به این نتیجه رسیدند که فناوری آن‌ها در مقیاس بزرگ‌تر هم به خوبی عمل می‌کند و حتی استفاده از نور متمرکز خورشید موجب افزایش بیشتر کارآیی سیستم می‌شود.

در واقع هنگامی که از یک عدسی برای متمرکز کردن نور خورشید به میزان 25 برابر استفاده شد، توان دریافتی به 17.55 کیلووات در هر متر مربع رسید و حجم آب شیرین تولید شده به حدود 6 لیتر در متر مربع در ساعت رسید. 

در حال حاضر گروه‌هایی از محققان در دانشگاه MIT، شرکت IBM و استارتاپ‌هایی مانند Desolenator در تلاشند تا ابزارهایی را برای تولید آب شیرین بسازند. اما سیستم دانشگاه رایس ماجولار و نسبتا قابل حمل است و در مناطقی که به الکتریسیته دسترسی ندارند، قابل استفاده است. 

آب شیرین کن خورشیدی