نیروگاه‌های هسته‌ای ایمن با كمك فناوری‌نانو

تازه های فناوری نانو(9)

انرژی هسته‌ای در آینده‌ی انرژی پاك جهان، جایگاه مهمی دارد؛ اما با توجه به حوادث اخیر نیروگاه فوكوشیمای ژاپن، ایمنی این فناوری اهمیت ویژه‌ای پیدا كرده است. اكنون دانشمندان در دانشگاه كالیفرنیا برای مواد قرار گرفته در برابر تشعشع‌های رادیواكتیو، روش تست نانومقیاسی ارائه كرده‌اند كه خواص مكانیكی ماكرومقیاس این مواد را تحت شرایط معین اندازه‌گیری می‌كند. این روش می‌تواند به ساخت مواد جدید برای كاربردهای هسته‌ای كمك كند و برای كاهش مقدار مواد مورد نیاز جهت تست تجهیزات موجود در نیروگاه‌ها، راهكارهایی ارائه كند.

آندریو ماینر، یكی از این محققان، گفت: "تست‌های مكانیكی نانومقیاس در مقایسه با مقادیر توده‌ای و ماكرومقیاس همیشه استحكام‌های بالاتری به شما می‌دهند. ما نشان داده‌ایم كه شما حقیقتا می‌توانید از نمونه‌های تحت تابش با قطرهایی به كوچكی 400 نانومتر به خواص واقعی برسید. این توانایی در زمینه مواد هسته‌ای جهت پیشرفت تست‌های نانومقیاس راهكارهایی ارائه می‌كند.

در این مطالعه، ماینر و همكارانش تست‌های فشردگی نمونه‌های مسی قرار گرفته در معرض تابش پروتون‌های پرانرژی را بررسی كرده و برای آسیب‌های ناشی از این تابش به خواص مكانیكی مس، مدلی ارائه كرده‌اند. آنها با استفاده از یك افزاره تست مكانیكی درجای ویژه در یك میكروسكوپ الكترونی عبوری، توانستند طبیعت موضعی این تغییرشكل را با دقت مقیاس‌نانو بررسی كنند.

نقایص سه بعدی ایجاد شده بوسیله تابش داخل مس، می‌توانند حركت نقایص یك بعدی در ساختار بلوری معروف به نقایص جابجایی را مسدود كنند. این برهم‌كنش سبب می‌شود كه مواد قرار گرفته در معرض تابش ترد و شكننده شوند، و برای آنها، مقدار نیرویی كه یك ماده قبل از شكسته شدن تدریجی می‌تواند در برابر آن مقاومت كند؛ تغییر كند. بعلاوه، میكروساختارهای پیچیده ناشی از تابش، ممكن است باعث برهم‌كنش‌های جابجایی در نمونه‌های نانومقیاس شوند كه در مقایس ماكرو (برای مواد توده‌ای) نیز همان اثرات را دارند. این روش با برگرداندن مقادیر استحكام نانومقیاس به خواص توده‌ای، می‌تواند به طراحان راكتورهای هسته كمك كند كه برای اجزاء طراحی در نیروگاه‌های هسته‌ای، مواد مناسب پیدا كنند.

این دانشمندان جزئیات نتایج كار تحقیقاتی خود را تحت عنوان "تست نانوفشردگیِ در جای مسِ قرار گرفته در معرض تابش" در مجله‌ی Nature Materials منتشر كرده‌اند.

جلوگیری از بیماری آلزایمر با كمك نانوذرات

یک پژوهش جدید نشان می‌دهد که نانوذرات معدنی با ابعاد و شکل مناسب می‌توانند در مبارزه با پلاکی که موجب تخریب عصب‌ها می‌شود و منجر به بروز علائم مرتبط با بیماری آلزایمر می‌گردد، کلیدی باشند.

نیکولاس کوتوف، که استاد مهندسی شیمی از دانشگاه میشیگان است، می‌گوید که وسایل فناوری‌نانو می‌توانند در جذب و گیراندازی الیاف طویل‌تری که به ساخت پلاک وابسته به اختلالات تخریب عصبی، شناخته شده است، کمک کنند.

کوتوف گفت: "پپتیدهای آمیلوئیدی و نانوذارت هر دو دارای توانایی قوی برای خودآرایی بصورت الیاف هستند. ما دنبال هر اثر ممکنی از نانوذرات بر روی تشکیل الیاف آمیلوئیدی بودیم. مشاهده اثر بازدارندگی عجیب روی لیفی شدن آمیلوئیدها باعث خوشحالی شد، زیرا این کشف دروازه جدیدی برای رهیافت‌های تازه به سوی ساخت داروهایی که مانع از بیماری آلزایمر شوند، می‌گشاید. "

او با مطرح کردن نانوذرات معدنی چهاروجهی که از لحاظ اندازه با الیاف در حال رشد قابل مقایسه بودند، کشف کرد که پلاک خطرناک بسرعت به آنها متصل می‌شود و هندسه آنها بطور قوی عوض می‌گردد. این تغییرشکل شدید و ناگهانی منجر به جلوگیری از لیفی شدن آنها می‌شود.

داروهای كنونی آلزایمر به پپتیدهای آمیلوئیدی با نسبت 1:1 پیوند می‌خوردند. معلوم شده است که این فرایند ناکارآ می‌باشد. این نانوذرات می‌توانند مانع از لیفی شدن پپتید آمیلوئیدی در مقادیر کوچک با بازدهی بسیار بیشتری شوند. یک نانوذره می‌تواند بیش از 100 پپتید آمیلوئیدی را گیراندازی کند. این بازدهی بالا در جلوگیری از لیفی شدن باعث می‌شود که نانوذرات به بعضی از پروتئین‌هایی که بدن انسان برای محافظت خودش در برابر توسعه بیماری آلزایمر تولید می‌کند، شباهت داشته باشند.

مفهومی که در اینجاست این است که اگر برای مثال یک ذره سازگار با انسان وارد بدن شود، آنگاه اثر آن می‌تواند رشد پلاک تضعیف‌کننده را بکلی از بین ببرد یا حداقل آنرا محدود کند. نتایج حاصل از این کار نشانگر یک گام بزرگ در مبارزه با بیماری‌هایی مانند آلزایمر است. آزمایشگاه کوتوف در حال کار بر روی مهندسی چنین ذرات و نیز فهم بهتر متابولیسم آنها است.

این پژوهشگران جزئیات نتایج كار تحقیقاتی خود را تحت عنوان "مکانیسم جلوگیری از لیفی شدن پپتیدهای آمیلوئیودی با استفاده از نانوذرات معدنی، شباهت‌های عملكردی با پروتئین‌ها را آشكار می‌كند" در مجله‌ی Angewandte Chemie منتشر كرده‌اند.

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

فرصتی طلائی برای تشخیص زودهنگام آلزایمر

محققان موفق به كشف روشی سریع برای شناسایی زیست‌نشانه‌های بیماری آلزایمر شده‌اند. این روش كه بر مبنای تحلیل طیف‌های پراش دو- فوتون نانوذرات طلا است به طور گزینش‌پذیری پروتئینی كه در بدن یك بیمار مبتلا به آلزایمر موجود است، را شناسایی می‌كند و نسبت به روش‌های قبل 100 برابر گزینش‌پذیرتر است. این روش به تشخیص زودهنگام این بیماری كمك شایانی می‌كند.

آلزایمر با نابودكردن سلول‌های مغز باعث ایجاد مشكلاتی در حافظه‌ی طولانی‌مدت می‌شود. متاسفانه درمانی برای آلزایمر وجود نداشته و تنها در مراحل پیشرفته بیماری و با شناسایی پلاك‌های خونی كهنه و تارهای عصبی درهم‌تنیده‌ی موجود در بافت مغز، قابل تشخیص است. این تارهای عصبی درهم‌تنیده متشكل از پروتئین تو ("Tau") در سلول‌های مغز هستند.

مراحل مختلف شناسایی زیست‌نشانه‌های بیماری آلزایمر توسط نانوذرات طلا

دانشمندان متوجه شده‌اند كه پروتئین‌های تو كه سازنده‌ی نرون‌ها هستند با وجود بیماری آلزایمر تغییر ساختار فاحشی نشان می‌دهند و بشدت فسفاته هستند. اندازه‌گیری این پروتئین‌ها می‌تواند روشی برای تشخیص بیماری در مراحل اولیه آن باشد تا با مصرف بموقع دارو از شدت پیشرفت بیماری كاسته شود.

این روش كه توسط محققان دانشگاه ایالتی جكسون ارائه شده‌است بر مبنای متصل‌كردن نوعی پادتن به نانوذرات طلاست كه قادر به شناسایی این پروتئین‌های تغییر ساختار یافته در بیماران آلزایمر است. با حضور این پروتئین‌های خاص دسته‌های بهم پیوسته‌ای از این نانوذرات در محل حضور پروتئین ها شكل می‌گیرند (شكل را ببینید).

در شكل این دسته‌ها با رنگ آبی نشان داده شده‌اند كه با نانوذرات مستقل كه به رنگ قرمز هستند، متمایزند. این تغییر رنگ با تحلیل طیف بدست آمده از پراش نور دو- فوتون از محلول قابل تشخیص است. در این روش با تحریك نانوذرات با نوری با طول موج مشخص، دو- فوتون پراش می‌شوند.نتایج این تحقیق در مجله‌ی ACS Nanoمنتشر شده‌است.

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

قلم حاوی جوهر نانوذره‌ای برای ترسیم مدارها

دو استاد از دانشگاه ایلینویز جوهر رسانایی تولید كرده‌اند که می‌تواند در قلم‌های سرغلتکی مرسوم برای ترسیم دستی مدارها بر روی کاغذ و سایر مواد متخلخل استفاده شود. جنیفر لویس، جنیفر برنهارد و همکارانشان توضیح می‌دهند که چطور آنها قادر به ساخت نوعی جوهر از نانوذرات نقره شده‌اند که مادامی که در داخل قلم است، به صورت مایع باقی می‌ماند ولی به محض استفاده مانند جوهر معمولی خشک می‌شود. این قلم در ترسیم یک صفحه نمایش LCD واقعی و یک آنتن مورد استفاده واقع شد.

مهندسان قلمی با جوهر نقره‌ای رسانا درست کرده‌اند که می‌تواند برای نوشتن مستقیم مدارهای الکتریکی و اتصالات روی کاغذ یا سایر سطوح استفاده شود.

گروه مذکور برای ساخت این جوهر، نانوذرات نقره را با احیاء محلول نیترات نقره بهمراه یک اسید، که برای ممانعت از بزرگ شدن اندازه ذرات استفاده شد، تولید کرد. بعد از آن، اسید زدوده شد و چسبندگی جوهر با استفاده از سلولز هیدروکسی اتیل بهبود داده شد تا سازگاری مناسب ایجاد شود. محصول ایجاد شده یک نوع فلز مایع است که بهنگام تماس خشک می‌شود و می‌تواند برای ایجاد رسانش الکتریکی هم استفاده شود و به‌همین خاطر در خلق یک مدار قابلیت دارد.

تاکنون، پژوهش زیادی بر روی چاپ مدارات بر روی مواد غیراستاندارد، مانند کاغذ، با استفاده از چاپگرهای جوهرجتی یا حتی رنگ پاش انجام شده است. این پژوهش جدید اجازه خواهد داد که مدارها به صورت سریع‌تر و ارازن‌تر، یا حتی در حین حرکت، به‌طوریکه نیاز به هیچ سخت‌افزار دیگری نباشد، ترسیم شوند.

این یک آرایه انعطاف‌پذیر از LEDهایی است که روی یک کاغذ قرار گرفته‌اند. خطوط نقره‌ای ترسم شده با دست تشکیل اتصالات بین LED‌ها را می‌دهند.

چنین افزاره کم‌قیمتی می‌تواند بازاری برای مدارهای دورانداختنی یا حتی باتری‌های فوق ارزان ایجاد کند. دلیل اینکه در این مطالعه از کاغذ استفاده شده است، این است که کاغذ مناسب‌ترین ماده غیراستاندارد برای چاپ مدار است زیرا دسترسی به آن آسان، قیمتش کم و توانایی آن برای خم شدن و شکل دهی بالاست و نیز این حقیقت که تجزیه‌پذیر زیستی است.

لویس متذکر شد که کاغذ استفاده شده در این مطالعه بعد از تست شدن مورد خمش قرار گرفت تا چگونگی پایداری مدار مشاهده شود.

این پژوهشگران جزئیات نتایج كار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Advanced Materials منتشر كرده‌اند.

منبع:

ماهنامه فناوری نانو و nano