تغذیه نانوروبات‌ها از زیر پوست

تازه های فناوری نانو (10)

فناوری نانو ، فناوری نوینی است كه كاربردهای گسترده‌ای در تمامی حیطه‌های زندگی خواهد داشت. اكثر دانشمندان معتقدند كه پیشرفت و سهولت در زندگی از نتایج بكار گیری فناوری نانو خواهد بود. در این مطلب در ادامه قسمت های (1) و (2) و (3) و (4) و (5) و (6) و (7) و (8) و (9) به بعضی از تازه ترین پژوهش های انجام شده در حوزه های مختلف در زمینه فناوری نانو  می پردازیم.

تغذیه نانوروبات‌ها از زیر پوست

با ساخت جدیدترین نانوافزاره‌ای که زیر پوست قرار می‌گیرد و انرژی نور فروسرخ نزدیک (NIR) را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند، افسانه‌های علمی نمود واقعی پیدا می‌کنند. بگفته دانشمندان تایوانی این یک منبع توان الکتریکی بی‌سیم نویدبخش برای نانوروبات‌های زیست‌شناختی جهت استفاده در داخل بدن انسان است.

این نانوافزاره یک افزاره فوتوولتائیک آلی (OPV) است که توسط فانگ - چونگ چن و گروهش از دانشگاه ملی چیاو تونگ واقع در هسینچو طراحی شده است. OPVها بیشتر به خاطر کاربردهای‌شان در فناوری پیل خورشیدی که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می‌کند، شناخته شده‌اند.

این افزاره، که به‌اندازه یک تار است، تابش NIR ناشی از یک لیزر را به توان الکتریکی تبدیل می‌کند

اکنون چن و همکارانش یک افزاره OPV ساخته‌اند که از نور NIR استفاده می‌کند و تبدیل انرژی را در زیر سطح پوست بعنوان یک بافت بیولوژیکی که نسبت به نور NIR بسیار شفاف است، امکان‌پذیر می‌کند. این افزاره به خاطر ساخته شدن از چندین لایه که شامل شیشه‌اندود شده با اکسید قلع ایندیوم (ITO)، بالشتک آندی، لایه مخلوط پلیمیر/ فولرین، و کاتد کلسیم / آلومینیوم می‌شود، کوچک است و به شکل یک تار بوده و برای تجهیزات بیولوژیکی ایده‌آل است.

گروه چن برای تست کردن نظریه‌شان، این افزاره فتوولتائیک را با یک لایه 3 میلی‌متر از پوست خوک پوشانده و لیزر NIR با بیشینه شدتی که توسط پوست انسان قابل تحمل است، به آن تاباندند. اندازه خروجی الکتریکی این افزاره که توسط گروه‌انداز‌‌گیری شد، 32/0 میکرووات بود که بیشتر از مقدار مورد نیاز برای تغذیه همزمان تعداد زیادی افزاره بیولوژیکی است - توان نوعی مورد نیاز برای یک نانوافزاره تقریبا 10 نانومتر است.

یانگ یانگ، مدیر مرکز انرژی تجدیدپذیر نانو از دانشگاه کالیفرنیا واقع در لوس آنجلس آمریکا، می‌گوید: "این یک طراحی بسیار جالب و هوشمندانه است که برای کاربردهای پزشکی به صورت بالقوه مهم و سودمند خواهد بود. چن جهت‌گیری جدیدی برای افزاره‌های OPV‌ ابداع کرده است."

چن می‌گوید: "علاوه‌بر تعمیر بافت یا‌شناسایی هدف پزشکی، این افزاره OPV می‌تواند بعنوان منبع انرژی برای ماشه‌زنی توابع بیولوژیکی نانوروبات‌ها، یا کاربردهای سرراست‌تری در شبیه‌سازی عصبی داشته باشد." او اضافه می‌کند که با این روش ممکن بتوانیم از روش‌های نوری برای ماشه‌زنی تحریک الکتریکی درون بدن جهت کنترل مستقیم بیماری استفاده کنیم.

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Energy Environ. Sci منتشر کرده‌اند.

************

ساخت یک نانوچسب زخم برای قلب

مهندسانی از دانشگاه براون و موسسه فناوری کانپور هند رهیافت امیدبخش جدیدی برای درمان قربانیان حمله قلبی دارند. این پژوهشگران با استفاده از نانوالیاف‌ کربن و یک پلیمر توانسته ند یک نانوچسب زخم بسازند. در تست‌های آزمایشگاهی، چگالی سلول‌های طبیعی بافت قلب بر روی این نانوچارچوب شش برابر بیشتر از نمونه کنترلی بود، درحالیکه چگالی عصب دوبرابر شده بود.

وقتی که شما دچار یک حمله قلبی می‌شوید، قسمتی از قلب شما می‌میرد. سلول‌های عصبی در دیواره قلب و گروه خاصی از سلول‌هایی که به طور خودبه خودی منبسط و منقبض می‌شوند و باعث می‌شوند ضربان قلب دارای زمانبندی صحیح باشد- برای همیشه از بین می‌روند. جراحان نمی‌توانند ناحیه آسیب دیده را تعمیر کنند.

 این پژوهشگران نانوچسب زخمی برای قلب ساخته‌‌اند که تست‌ها نشان می‌دهند، نواحی خسارت دیده قلب را که برای مثال از یک حمله قلبی ایجاد شده‌اند، احیا می‌کند

اكنون دانشمندان دانشگاه براون ساختاری شبیه به چارچوب ساخته‌اند که از نانوالیاف کربنی و پلیمری که زیست‌سازگار است، تشکیل شده است. آزمایش‌ها نشان داد که این نانوچسب زخم مصنوعی می‌تواند سلول‌های طبیعی بافت قلبی را-که کاردیومیوسیت نامیده می‌شوند- و نیز سلول‌های عصبی را بازتولید کند. بعبارت کوتاه، این آزمایش‌ها نشان داد که ناحیه مرده قلب می‌تواند از دوباره زنده شود.

چیزی که در آزمایش‌های این دانشمندان منحصربه فرد است، این است که مهندسان از نانوالیاف کربنی استفاده کرده‌اند. نانوالیاف کربنی خیلی خوب کار می‌کنند زیرا رساناهای فوق‌العاده‌ای برای الکترون‌ها هستند و می‌توانند اتصالات الکتریکی را ایجاد کنند که قلب با تکیه بر این نوع اتصالات ضربان هماهنگی دارد. استوت دیوید، از دانشگاه بروان، می‌گوید که این پژوهشگران با استفاده از یک پلیمر اسید پلی لاکتیک-کو- گلیکولیک توانستند این نانوالیاف‌ها را به هم متصل تا یک توری به طول تقریبی 22 میلیمتر و ضخامت 15 میکرون، که شابهت زیادی به یک "چسب زخم مشکی" دارد، تشکیل دهند. آنها این توری را روی یک زیرلایه شیشه‌ای خواباندند تا تحقیق کنند که آیا کاردیومیوسیت‌ها بر روی سطح کلونه خواهند شد و سلول‌های بیشتری را رشد خواهند داد یا نه.

در تست‌هایی با نانوالیاف کربنی به قطر 200 نانومتر که شامل کاردیومیوسیت‌ها بودند، در مقایسه با نمونه کنترلی که فقط از یک پلیمر تشکیل شده بود، بعد از چهار ساعت سلول‌های بافت قلبی پنج برابر بیشتر روی سطح کلونه شدند. طبق گزارش این پژوهشگران، چگالی سطح بعد از پنج روز شش برابر بیشتر از نمونه کنترلی بود. به گفته آنها، چگالی سلول‌های عصبی نیز بعد از چهار روز دوبرابر شده بود.

این پژوهشگران جزئیات نتایج كار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Acta Biomaterialia منتشر كرده‌اند.

************

خلق تصاویر سه بعدی با پلاسمون‌های سطحی

تصاویر سه بعدی که با استفاده از برهمکنش‌های بین نور و نوسانات جمعی الکترون‌های موجود در سطوح فلزی، که به پلاسمون‌های سطحی معروف هستند، نمایان می‌شوند، منجر به تحول بزرگی در فناوری تصویربرداری خواهند شد. ساتوشی کاواتا و همکارانش از موسسه تحقیقاتی RIKEN در ژاپن، تصاویری ساخته‌اند که، برخلاف تصاویر سه بعدی کارت اعتباری، از هر زاویه‌ای با همان رنگ‌های طبیعی ظاهر می‌شوند.

پلاسمون‌ها "شبه ذراتی" هستند که وقتی الکترون‌های فلزی به طور دسته جمعی در فرکانس موج نوری نوسان می‌کنند، مشاهده می‌گردند. اگر نور با فرکانسی کمتر از فرکانس پلاسمون‌های سطحی بر فلز بتابد، منعکس می‌گردد؛ در حالیکه نورهایی با فرکانس بالاتر عبور می‌کنند. فرکانس‌های پلاسمون سطحی مربوط به طلا و نقره در بازه نور مرئی قرار دارند و همین امر باعث ایجاد رنگ‌های ممتاز آنها شده است. گروه کاواتا این پدیده را به‌کار می‌گیرد. کاواتا می‌گوید: "طرح ما این است که پلاسمون‌ها می‌توانند برای انتخاب رنگ‌ها در تصاویر سه بعدی استفاده شوند. این تصاویر با استفاده از نور سفید بازسازی می‌شود و نیازی به لیزر ندارد."

 بازسازی سه بعدی یک سیب قرمز و برگ سبزش با استفاده از تصاویر سه بعدی پلاسمون سطحی

هنوز لیزرها برای ساخت تصاویر سه بعدی ضروری هستند. میو اوزاکی و جون- ایچی کاتو، که از اعضای این گروه هستند، اشیاء را با لیزرهای آبی، سبز، و قرمز روشن می‌کنند و سپس نور پراکنده‌شده را از یک ورقه شیشه‌ای که با لایه‌ای از یک ماده فوتومقاومت به ضخامت 150 نانومتر پوشانده شده است، منتقل کرده و تصویر بدست آمده را ثبت می‌نمایند.

برای ساخت تصاویر پلاسمونی، این دانشمندان یک لایه نقره به ضخامت 55 نانومتر و یک لایه شیشه به ضخامت 25 نانومتر بر روی این ماده فوتومقاومت کشیدند. تاباندن نور به این تصاویر از طریق یک منشور از سه زاویه مختلف، یک زاویه بازای هر رنگ، می‌تواند این تصاویر سه بعدی را بازسازی کند.

کاواتا پیش‌بینی می‌کند که او و سایر دانشمندان سرانجام از این روش برای خلق عکس‌های متحرک استفاده خواهند کرد. ولی حتی قبل از آن، طبق اظهارات هایکه آرنولدز، که بر روی فوتوشیمی تقویت شده پلاسمونی در دانشگاه لیورپول کار می‌کند، چنین تصاویر نویدبخشی، افزاره‌های متحول‌كننده‌ای برای طبابت شخصی می‌باشند. او می‌گوید: "شیمیدان‌ها با تولید سطوح عامل‌دارشده برای حسگرهای تشدید پلاسمون سطحی در جایگاه خوبی برای بکارگیری این فناوری قرار دارند." او توضیح می‌دهد: "یک حسگر گلوکوز می‌تواند خروجی خود را در قالب تغییرات رنگی مشخص ایجاد کند."

جزئیات نتایج این تحقیق در مجله‌ی Science منتشر شده است.