سبک‌ترین ماده محافظ الکترومغناطیسی جهان

موتورهای الکتریکی و دستگاه‌های الکترونیکی میدان‌های الکترومغناطیسی تولید می‌کنند که گاهی اوقات باید محافظت شوند تا بر اجزای الکترونیکی مجاور یا انتقال سیگنال‌ها تأثیر نگذارند.

میدان‌های الکترومغناطیسی با فرکانس بالا را فقط می‌توان با پوسته‌های رسانا که از همه طرف بسته هستند، محافظت کرد.

 اغلب از ورق‌های فلزی نازک یا فویل‌های متالیزه برای این منظور استفاده می‌شود. با این حال، برای بسیاری از کاربردها، چنین محافظی بسیار سنگین است یا سازگاری بسیار کمی با هندسه داده شده دارد.

 راه حل ایده‌آل، یک ماده سبک، انعطاف‌پذیر و بادوام با اثربخشی محافظتی بسیار بالا خواهد بود.

آئروژل‌ها در برابر تابش الکترومغناطیسی

اکنون یک تیم تحقیقاتی به رهبری ژیهویی زنگ و گوستاو نیستروم به موفقیتی در این زمینه دست یافته‌اند.

 محققان از نانوفیبرهای سلولز به عنوان پایه‌ای برای آئروژل استفاده می‌کنند که ماده‌ای سبک و بسیار متخلخل است.

 الیاف سلولز از چوب به دست می‌آیند و به دلیل ساختار شیمیایی خود، طیف وسیعی از اصلاحات شیمیایی را ممکن می‌سازند.

بنابراین، آنها یک موضوع تحقیقاتی بسیار محبوب هستند. عامل حیاتی در پردازش و اصلاح این نانوفیبرهای سلولزی، توانایی تولید ریزساختارهای خاص به روشی تعریف شده و تفسیر اثرات به دست آمده است.

این روابط بین ساختار و خواص، زمینه اصلی تحقیقات تیم نیستروم در Empa است.

محققان موفق به تولید ترکیبی از نانوفیبرهای سلولزی و نانوسیم‌های نقره شده‌اند و در نتیجه ساختارهای ریز فوق سبکی ایجاد کرده‌اند که محافظ بسیار خوبی در برابر تابش الکترومغناطیسی هستند.

اثر این ماده چشمگیر است: با چگالی تنها ۱.۷ میلی‌گرم در هر سانتی‌متر مکعب، آئروژل سلولزی تقویت‌شده با نقره، در محدوده فرکانسی تابش رادار با وضوح بالا (۸ تا ۱۲ گیگاهرتز) به بیش از ۴۰ دسی‌بل محافظت دست می‌یابد، به عبارت دیگر: تقریباً تمام تابش در این محدوده فرکانسی توسط این ماده رهگیری می‌شود.

کریستال‌های یخ شکل را کنترل می‌کنند

نه تنها ترکیب صحیح سیم‌های سلولز و نقره برای اثر حفاظتی تعیین‌کننده است، بلکه ساختار منافذ ماده نیز تعیین‌کننده است.

 در داخل منافذ، میدان‌های الکترومغناطیسی به جلو و عقب منعکس می‌شوند و علاوه بر این، میدان‌های الکترومغناطیسی را در ماده کامپوزیت ایجاد می‌کنند که با میدان تابشی مقابله می‌کنند.

 برای ایجاد منافذ با اندازه و شکل بهینه، محققان ماده را در قالب‌های از پیش سرد شده می‌ریزند و اجازه می‌دهند تا به آرامی منجمد شود.

رشد کریستال‌های یخ، ساختار منافذ بهینه را برای میرایی میدان‌ها ایجاد می‌کند.

با این روش تولید، اثر میرایی حتی می‌تواند در جهات مکانی مختلف مشخص شود: اگر ماده در قالب از پایین به بالا منجمد شود، اثر میرایی الکترومغناطیسی در جهت عمودی ضعیف‌تر است.

در جهت افقی  یعنی عمود بر جهت انجماد، اثر میرایی بهینه می‌شود. سازه‌های محافظ ریخته‌گری شده به این روش بسیار انعطاف‌پذیر هستند: حتی پس از هزار بار خم شدن به جلو و عقب، اثر میرایی عملاً مشابه ماده اصلی است.

 جذب مورد نظر حتی می‌تواند به راحتی با افزودن نانوسیم‌های نقره بیشتر یا کمتر به کامپوزیت، و همچنین با تخلخل آئروژل ریخته‌گری شده و ضخامت لایه ریخته‌گری شده، تنظیم شود.

سبک‌ترین سپر الکترومغناطیسی جهان

در آزمایش دیگری، محققان نانوسیم‌های نقره را از ماده کامپوزیت جدا کرده و نانوفیبرهای سلولزی خود را با نانوصفحات دوبعدی کاربید تیتانیوم که با استفاده از یک فرآیند حکاکی ویژه تولید شده بودند، متصل کردند.

 نانوصفحات مانند "آجرهای" سختی عمل می‌کنند که با "ملات" انعطاف‌پذیر ساخته شده از الیاف سلولز به هم متصل شده‌اند.

 این فرمولاسیون همچنین به صورت هدفمند در قالب‌های خنک شده منجمد شد. در رابطه با وزن ماده، هیچ ماده دیگری نمی‌تواند به چنین محافظتی دست یابد.

 این امر، آئروژل نانوسلولز کاربید تیتانیوم را به عنوان سبک‌ترین ماده محافظ الکترومغناطیسی در جهان رتبه‌بندی می‌کند.

 

تاریخ:1404/7/20

مهسا نعمتی

محققان از راز درون باتری‌های لیتیوم-اکسیژن پرده برداشتند

باتری‌های Li-O2 با چگالی انرژی بالا، به یک فناوری باتری پیشرفته تبدیل شده‌اند.

 در داخل باتری Li-O2، تولید و تجزیه محصول دشارژ شده پراکسید لیتیوم جامد (Li2O2) تأثیر قابل توجهی بر عملکرد باتری دارد.

 تحقیقات قبلی اطلاعات کمی در مورد شکل و توزیع Li2O2 در داخل ارائه داده‌اند و سوالات مربوط به روند و عامل مؤثر در تغییر شکل و اندازه Li2O2 داخلی را بی‌پاسخ گذاشته‌اند.

اخیراً، تیمی به رهبری پروفسور تان پنگ از دانشگاه علم و فناوری چین (USTC) وابسته به آکادمی علوم چین، یک الکترود هوای اکسید آلومینیوم آندی (C-AAO) با پوشش کربنی و ساختاری بسیار منظم و آرایه‌ای طراحی کردند.

 این تیم بینش‌های جدیدی در مورد مرگ ناگهانی و مسیرهای واکنش باتری‌های Li-O2 به دست آورد. این کار در Nano Letters منتشر شده است.

تیم تحقیقاتی یک الکترود C-AAO ویژه طراحی کرد که به راحتی می‌شکند، اما توزیع محصولات خود را حفظ می‌کند و امکان مشاهده Li2O2 را در کل الکترود فراهم می‌کند. این تیم با استفاده از طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)، عامل مؤثر در افت ناگهانی ولتاژ و مرگ در چگالی‌های جریان مختلف را تعیین کرد.

یافته‌های تحقیق نشان می‌دهد که در جریان‌های کوچک، قطر کانال‌ها رشد Li2O2 حلقوی را محدود می‌کند و باعث انسداد الکترود می‌شود.

 بنابراین، مرگ ناگهانی ولتاژ با امپدانس(نسبت فشار صوت به سرعت صوت می باشد و توصیف کننده ی مقاومت موثر در برابر انتقال صوت است)انتقال بار بزرگ و قطبش غلظتی ناشی از انسداد الکترود مرتبط است.

 در حالی که در جریان‌های بالا، مرگ ناگهانی به امپدانس انتقال بار و قطبش غلظتی کمتر قابل توجه ناشی از واکنش‌های الکتروشیمیایی سریع نسبت داده می‌شود.

علاوه بر این، برای یافتن مکانیسم چنین واکنش‌هایی، تیم تحقیقاتی تجزیه و تحلیل دقیقی بر روی مدل رشد Li2O2 روی سطوح انتهایی و داخلی الکترودهای C-AAO انجام داد. Li2O2 روی سطوح انتهایی در مدل سه حلقه‌ای یافت می‌شود.

رایج‌ترین آنها در حالی که به دیواره می‌چسبند، رشد می‌کنند و یک حلقه ناقص تشکیل می‌دهند.

رایج‌ترین آنها در حالی که دیواره را در آغوش می‌گیرند، رشد می‌کنند و یک حلقه ناقص تشکیل می‌دهند. بقیه یا به صورت جانبی روی سطح رشد می‌کنند، یا به شکل هسته‌هایی روی سطوح دیگر Li2O2 تشکیل می‌شوند.

 با افزایش چگالی جریان، Li2O2 حلقوی درون الکترود احتمالاً توسط همتایان لخته شده خود پوشانده می‌شود، که نشان می‌دهد Li2O2 در امتداد سطوح الکترود تولید می‌شود، نه از عدم تناسب درون کانال‌ها.

این تیم یک مسیر رشد جدید برای Li2O2 حلقوی پیشنهاد کرد که در آن Li2O2 تشکیل شده در فصل مشترک Li2O2/الکترود در طول رشد اولیه، به مسیر سطحی مرتبط است و پس از آن پراکسید لیتیوم (LiO2) در محلول به صورت نامتناسب در اطراف ذرات Li2O2 قرار می‌گیرد، مسیر سطحی را می‌پوشاند و یک حلقه ناقص تشکیل می‌دهد.

این تحقیق به سوالات دیرینه در مورد مکانیسم باتری‌های Li-O2 و همچنین بینش‌هایی در مورد طراحی الکترودهای بیشتر پاسخ داد.

 

تاریخ:1404/6/9

مهسا نعمتی

چگونه نانوذرات ضد سرطان بیشتری را به محل مورد نیاز برسانیم

محققان دانشگاه مهندسی تورنتو آستانه دوزی را کشف کرده‌اند که رساندن داروهای ضد سرطان به تومور را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد.

تعیین این آستانه، روشی بالقوه جهانی برای اندازه‌گیری دوز نانوذرات فراهم می‌کند و می‌تواند به پیشرفت نسل جدیدی از درمان، تصویربرداری و تشخیص سرطان کمک کند.

بن اویانگ، کاندیدای دکترای پزشکی، که رهبری این تحقیق را تحت نظارت پروفسور وارن چان بر عهده داشته است، می‌گوید: «تنظیم دوز، یک راه‌حل بسیار ساده است، اما نتایج آن بسیار قدرتمند است.»

یافته‌های آنها امروز در Nature Materials منتشر شد و راه‌حل‌هایی برای مشکل دارورسانی که قبلاً توسط چان و محققان چهار سال پیش در Nature Reviews Materials مطرح شده بود، ارائه می‌دهد.

حامل‌های نانوفناوری برای رساندن دارو به محل‌های سرطان استفاده می‌شوند که به نوبه خود می‌تواند به پاسخ بیمار به درمان کمک کند و عوارض جانبی نامطلوب مانند ریزش مو و استفراغ را کاهش دهد. با این حال، در عمل، تعداد کمی از ذرات تزریق شده به محل تومور می‌رسند.

در مقاله Nature Reviews Materials، این تیم مقالات دهه گذشته را بررسی کرد و دریافت که به طور متوسط، تنها 0.7 درصد از نانوذرات شیمی‌درمانی به تومور هدف می‌رسند.

چان توضیح می‌دهد: «نویدبخشی به درمان‌های نوظهور به توانایی ما در رساندن آنها به محل هدف بستگی دارد. ما اصل جدیدی برای بهبود فرآیند رسانش کشف کرده‌ایم. این می‌تواند برای فناوری نانو، ویرایشگرهای ژنوم، ایمونوتراپی و سایر فناوری‌ها مهم باشد.»

تیم چان، کبد را که خون را فیلتر می‌کند، بزرگترین مانع برای رسانش داروی نانوذرات می‌دانست. آنها فرض کردند که کبد آستانه‌ی سرعت جذب دارد - به عبارت دیگر، هنگامی که اندام با نانوذرات اشباع می‌شود، نمی‌تواند دوزهای بالاتر را تحمل کند. راه حل آنها دستکاری دوز برای غلبه بر سلول‌های کوپفر)سلول های بزرگ کبدی تخصصی که هموگلوبین را به صفرا تجزیه می کنند  (فیلترکننده‌ی اندام، که کانال‌های کبد را می‌پوشانند، بود.

محققان کشف کردند که تزریق یک تریلیون نانوذرات پایه به موش‌ها، در داخل بدن، برای غلبه بر سلول‌ها کافی بود، به طوری که آنها نمی‌توانستند ذرات را به سرعت کافی برای همگام شدن با دوزهای افزایش یافته جذب کنند. نتیجه، راندمان انتقال ۱۲ درصدی به تومور است.

اوویانگ می‌گوید: "هنوز کارهای زیادی برای افزایش ۱۲ درصد باید انجام شود، اما این یک گام بزرگ از ۰.۷ است." محققان همچنین به طور گسترده آزمایش کردند که آیا غلبه بر سلول‌های کوپفر منجر به خطر سمیت در کبد، قلب یا خون می‌شود یا خیر.

اویانگ می‌گوید: «ما طلا، سیلیس و لیپوزوم‌ها را آزمایش کردیم. در تمام مطالعاتمان، مهم نبود که دوز را چقدر بالا ببریم، هرگز هیچ نشانه‌ای از سمیت ندیدیم.»

این تیم از این اصل آستانه برای بهبود اثربخشی یک نانوذره بالینی و بارگذاری شده با شیمی‌درمانی به نام Caelyx استفاده کرد.

استراتژی آنها در مقایسه با Caelyx به تنهایی با دوز مشخصی از داروی شیمی‌درمانی، دوکسوروبیسین) یک آنتی بیوتیک باکتریایی است که به طور گسترده ای برای درمان لوسمی و انواع دیگر سرطان استفاده می شود(، تومورها را 60 درصد بیشتر کوچک کرد.

از آنجا که راه‌حل محققان ساده است، آنها امیدوارند که این آستانه، پیامدهای مثبتی حتی در قراردادهای فعلی تعیین دوز نانوذرات برای آزمایش‌های بالینی انسانی داشته باشد.

آنها محاسبه می‌کنند که آستانه انسانی حدود ۱.۵ کادریلیون نانوذرات خواهد بود.

چان می‌گوید: «این روش سادگی خاصی دارد و نشان می‌دهد که ما برای بهبود دارورسانی نیازی به طراحی مجدد نانوذرات نداریم. این می‌تواند بر یک مشکل بزرگ دارورسانی غلبه کند.»

 

تاریخ:1404/5/12

مهسانعمتی

تاثیرنانومواد بر تعاملات میکروبیوم روده و سیستم ایمنی

همانطور که در یک مطالعه جدید روی ماهی زبرا توسط محققان موسسه کارولینسکا در سوئد نشان داده شده است، نانوماده اکسید گرافن که در همه چیز از الکترونیک گرفته تا حسگرهای زیست‌مولکول‌ها استفاده می‌شود، می‌تواند به طور غیرمستقیم از طریق میکروبیوم روده بر سیستم ایمنی تأثیر بگذارد.

 این یافته‌ها در مجله Nature Nanotechnology گزارش شده است.

بنگت فاضل، نویسنده‌ی مسئول مقاله و استاد موسسه‌ی پزشکی محیطی در موسسه‌ی کارولینسکا، می‌گوید: «این نشان می‌دهد که ما باید میکروبیوم روده را در درک خود از چگونگی تأثیر نانومواد بر سیستم ایمنی در نظر بگیریم.»

«نتایج ما برای شناسایی اثرات نامطلوب بالقوه‌ی نانومواد و کاهش یا جلوگیری از چنین اثراتی در مواد جدید مهم است.»

گرافن ماده‌ای بسیار نازک است، یک میلیون برابر نازک‌تر از موی انسان. این ماده از یک لایه اتم کربن تشکیل شده و از فولاد قوی‌تر است، در عین حال انعطاف‌پذیر، شفاف و رسانای الکتریکی است.

این ویژگی، گرافن را در بسیاری از کاربردها، از جمله در منسوجات "هوشمند" مجهز به لوازم الکترونیکی پوشیدنی و به عنوان جزئی از مواد کامپوزیتی، برای افزایش استحکام و رسانایی مواد موجود، بسیار مفید می‌کند.

با افزایش استفاده از نانومواد مبتنی بر گرافن، نیاز به بررسی چگونگی تأثیر این مواد جدید بر بدن افزایش می‌یابد.

 از قبل مشخص شده است که نانومواد بر سیستم ایمنی تأثیر می‌گذارند و چند مطالعه در سال‌های اخیر نشان داده‌اند که می‌توانند بر میکروبیوم روده، باکتری‌هایی که به طور طبیعی در دستگاه گوارش وجود دارند، نیز تأثیر بگذارند.

رابطه بین نانومواد، میکروبیوم روده و ایمنی، موضوع مورد مطالعه بوده است که با استفاده از ماهی زبرا انجام شده است.

نانوماده مورد بررسی، اکسید گرافن بود که می‌توان آن را به عنوان یکی ازهم‌خانواده‌های گرافن توصیف کرد که از اتم‌های کربن به همراه اتم‌های اکسیژن تشکیل شده است.

برخلاف گرافن، اکسید گرافن در آب محلول است و برای تحقیقات پزشکی به عنوان ابزاری برای رساندن دارو به بدن مورد توجه است.

در این مطالعه، محققان ماهی‌های زبرا بالغ را از طریق آب در معرض اکسید گرافن قرار دادند و چگونگی تأثیر آن بر ترکیب میکروبیوم را تجزیه و تحلیل کردند.

آنها هم از ماهی‌های معمولی و هم از ماهی‌هایی که فاقد مولکول گیرنده در سلول‌های روده خود به نام گیرنده آریل هیدروکربن، که معمولاً به اختصار AhR نامیده می‌شود، بودند، استفاده کردند.

 AhR گیرنده‌ای برای متابولیت‌های مختلف درون‌زا و باکتریایی است.

گوتائو پنگ، نویسنده‌ی اول این مطالعه و محقق پسادکترا در موسسه‌ی پزشکی محیطی در موسسه‌ی کارولینسکا، می‌گوید: «ما توانستیم نشان دهیم که ترکیب میکروبیوم روده وقتی ماهی را در معرض اکسید گرافن، حتی با دوز پایین، قرار دادیم، تغییر کرد و AhR نیز بر میکروبیوم روده تأثیر گذاشت.»

محققان همچنین لاروهای ماهی زبرا را تولید کرده‌اند که کاملاً فاقد میکروبیوم طبیعی روده هستند و این امر امکان مطالعه اثرات اجزای میکروبیوم منفرد، در این مورد اسید بوتیریک (یک اسید چرب) که توسط انواع خاصی از باکتری‌های روده ترشح می‌شود را فراهم می‌کند، اسید بوتیریک به دلیل توانایی اتصال به AhR شناخته شده است.

با انجام این کار، محققان دریافتند که ترکیب اکسید گرافن و اسید بوتیریک باعث ایجاد ایمنی به اصطلاح نوع ۲ در ماهی می‌شود همچنین مشخص شد که این اثر به بیان AhR در سلول‌های روده وابسته است.

گوتائو پنگ می‌گوید: «این نوع ایمنی معمولاً به عنوان پاسخی به عفونت انگلی دیده می‌شود. تفسیر ما این است که پاسخ ایمنی روده می‌تواند اکسید گرافن را به روشی مشابه با نحوه برخورد با انگل مدیریت کند.»

محققان همچنین با استفاده از یک روش پیشرفته برای نقشه‌برداری از سلول‌های ایمنی، توانستند نشان دهند که جزئی از سیستم ایمنی به نام سلول‌های لنفاوی ذاتی در لاروهای ماهی زبرا یافت می‌شود.

بنگت فادیل می‌گوید: «این نشان می‌دهد که ماهی زبرا مدل خوبی برای مطالعه سیستم ایمنی، از جمله سیستم ایمنی اولیه یا ذاتی، است.»

 

 تاریخ:1404/6/16

مهسا نعمتی

توسعه الکتروکاتالیست مقرون به صرفه برای تولید هیدروژن

کلید ارتقای اقتصاد هیدروژنی که توسط خودروهای هیدروژنی ارائه می‌شود، تولید هیدروژن برای تولید برق با قیمت مناسب است.

 روش‌های تولید هیدروژن شامل جذب هیدروژن حاصل از محصولات جانبی، اصلاح سوخت‌های فسیلی و الکترولیز آب است.

الکترولیز آب به طور خاص یک روش سازگار با محیط زیست برای تولید هیدروژن است که در آن استفاده از کاتالیزور مهمترین عامل در تعیین راندمان و رقابت قیمتی است.

با این حال، دستگاه‌های الکترولیز آب به یک کاتالیزور پلاتین (Pt) نیاز دارند که در سرعت بخشیدن به واکنش تولید هیدروژن و افزایش دوام طولانی مدت، عملکرد بی‌نظیری از خود نشان می‌دهد، اما هزینه بالایی دارد و در مقایسه با سایر روش‌ها از نظر قیمتی، رقابت کمتری دارد.

دستگاه‌های الکترولیز آب وجود دارند که از نظر الکترولیتی که در آب حل می‌شود و اجازه عبور جریان را می‌دهد، متفاوت هستند.

به عنوان مثال، دستگاهی که از غشای تبادل پروتون (PEM) استفاده می‌کند، حتی با استفاده از کاتالیزور ساخته شده از فلز واسطه به جای کاتالیزور گران‌قیمت مبتنی بر پلاتین، سرعت بالایی از واکنش تولید هیدروژن را نشان می‌دهد.

 به همین دلیل، تحقیقات زیادی در مورد این فناوری برای اهداف تجاری‌سازی انجام شده است.

در حالی که تحقیقات بر دستیابی به فعالیت واکنش بالا متمرکز بوده است، تحقیقات در مورد افزایش دوام فلزات واسطه که به راحتی در محیط الکتروشیمیایی دچار خوردگی می‌شوند، نسبتاً مورد غفلت قرار گرفته است.

موسسه علوم و فناوری کره (KIST) اعلام کرد که تیمی به سرپرستی دکتر سونگ‌جونگ‌یو از مرکز تحقیقات پیل سوختی هیدروژنی، کاتالیزوری از جنس فلز واسطه با پایداری بلندمدت ساخته است که می‌تواند با غلبه بر مشکل دوام کاتالیزورهای غیر پلاتینی، راندمان تولید هیدروژن را بدون استفاده از پلاتین بهبود بخشد.

تیم تحقیقاتی مقدار کمی تیتانیوم (Ti) را از طریق فرآیند اسپری پیرولیز به فسفید مولیبدن (MoP)، یک فلز واسطه کم‌هزینه، تزریق کردند.

 از آنجا که مولیبدن ارزان و نسبتاً آسان برای کار است، به عنوان کاتالیزور برای دستگاه‌های تبدیل و ذخیره انرژی استفاده می‌شود، اما نقطه ضعف آن این است که به راحتی خورده می‌شود زیرا در برابر اکسیداسیون آسیب‌پذیر است.

در مورد کاتالیزور توسعه‌یافته توسط تیم تحقیقاتی KIST، مشخص شد که ساختار الکترونیکی هر ماده در طول فرآیند سنتز کاملاً بازسازی شده و منجر به همان سطح فعالیت واکنش تکامل هیدروژن (HER) با کاتالیزور پلاتین شده است.

 تغییرات در ساختار الکترونیکی، مشکل خوردگی بالا را برطرف کرده و در نتیجه دوام را در مقایسه با کاتالیزورهای مبتنی بر فلزات واسطه موجود، 26 برابر بهبود بخشیده است. انتظار می‌رود این امر تجاری‌سازی کاتالیزورهای غیر پلاتینی را تا حد زیادی تسریع کند.

دکتر یو از KIST گفت: «این مطالعه از این جهت اهمیت دارد که پایداری سیستم الکترولیز آب مبتنی بر کاتالیزور فلزات واسطه را بهبود بخشیده است، که بزرگترین محدودیت آن بوده است.

 امیدوارم این مطالعه که راندمان واکنش تکامل هیدروژن کاتالیزور فلزات واسطه را به سطح کاتالیزورهای پلاتین افزایش داده و همزمان پایداری را بهبود بخشیده است، به تجاری‌سازی زودهنگام فناوری تولید انرژی هیدروژن سازگار با محیط زیست کمک کند.»

 

تاریخ:1404/5/26

مهسا نعمتی

دستگاه انعطاف‌پذیر جدید، امکان نظارت طولانی‌مدت بر مغز را فراهم می‌کند

یک تیم مشترک از SEAS دانشگاه هاروارد، دانشگاه تگزاس در آستین، MIT و شرکت Axoft، یک دستگاه کاشتنی نوآورانه را معرفی کرده‌اند که پیشرفت قابل توجهی در علوم اعصاب و مهندسی زیستی محسوب می‌شود.

این دستگاه به طرز هوشمندانه‌ای طراحی شده است تا به طور یکپارچه با بافت نرم مغز ادغام شود و امکان نظارت طولانی مدت و با وضوح بالا بر فعالیت‌های نورون‌های منفرد را فراهم کند.

این پیشرفت قابل توجه، که جزئیات آن در نشریه Nature Nanotechnology منتشر شده است، لحظه‌ای محوری در تلاش ما برای رمزگشایی از پیچیدگی‌های مدارهای عصبی را رقم می‌زند.

این دستاورد، نویدبخش دوران جدیدی از پتانسیل برای درمان‌های پزشکی پیشرفته و تکامل رابط‌های مغز و کامپیوتر است.

این دستگاه به یک معضل دیرینه می‌پردازد: تعادل بین عمق داده‌های عصبی به دست آمده و طول عمر دستگاه‌های قابل کاشت در مغز.

از نظر تاریخی، این حوزه با این بده‌بستان محدود شده است که دستگاه‌های ساخته شده از مواد سفت و سخت مبتنی بر سیلیکون که قادر به ثبت داده‌های عصبی گسترده هستند، به دلیل ناسازگاری با بافت ظریف مغز، پس از کاشت، طول عمر محدودی دارند.

برعکس، دستگاه‌های انعطاف‌پذیرتر و کمتر تهاجمی که قادر به ماندگاری طولانی مدت هستند، تنها بخش محدودی از اطلاعات عصبی گسترده موجود را ثبت می‌کنند.

این تیم تحقیقاتی راه‌حلی ارائه داده است که از این بده‌بستان فراتر می‌رود و دستگاهی را ایجاد می‌کند که هم دوام لازم برای کاشت طولانی‌مدت و هم توانایی ثبت داده‌های عصبی دقیق را ارائه می‌دهد.

نوآوری در قلب این دستگاه، استفاده از الاستومرهای فلوئوردار است، موادی که به دلیل انعطاف‌پذیری، پایداری سیال زیستی و سازگاری با تکنیک‌های میکروساخت شناخته شده‌اند.

این مواد که خواصی مشابه ترکیبات فلوئوردار شناخته‌شده‌ای مانند تفلون دارند، با مجموعه‌ای از میکروالکترودهای نرم - در مجموع ۶۴ عدد - ادغام شده‌اند تا کاوشگری تولید شود که به طور قابل توجهی نرم‌تر از نمونه‌های ساخته شده از پلاستیک‌های مهندسی سنتی مانند پلی‌آمید یا پاریلن C است.

اثربخشی این دستگاه از طریق آزمایش‌های دقیق درون سلولی با موش‌ها نشان داده شد، جایی که به طور مداوم داده‌های عصبی دقیقی را از مغز و نخاع در طول چندین ماه ثبت کرد.

این موفقیت، پتانسیل این فناوری را برای ایجاد انقلابی در طراحی و کاربرد رابط‌های عصبی برجسته می‌کند. جیا لیو، استادیار مهندسی زیستی در SEAS و نویسنده مسئول این مطالعه، بر اهمیت رویکرد خود تأکید کرد و اظهار داشت: «تحقیقات ما نشان می‌دهد که با مهندسی دقیق عوامل مختلف، می‌توان الاستومرهای جدیدی را برای رابط‌های عصبی با پایداری طولانی‌مدت طراحی کرد.»

این بینش نه تنها پتانسیل یافته‌های آنها را برای گسترش امکانات طراحی رابط‌های عصبی آشکار می‌کند، بلکه اهمیت یک رویکرد چند رشته‌ای را در غلبه بر چالش‌های پیچیده ذاتی در طراحی کاوشگرها و رابط‌های عصبی برجسته می‌کند.

این پروژه از تخصص جمعی گروه متنوعی از محققان، از جمله سی‌یوان ژائو، رن لیو، نیکولا مولیناری و ادر مدینا، که مشارکت‌های آنها در تحقق این فناوری نوآورانه نقش مهمی داشت، بهره برد.

این تحقیق نویدبخش تعمیق درک ما از مکانیسم‌های عصبی، تقویت توسعه درمان‌های پزشکی جدید و زمینه‌سازی برای آینده رابط‌های مغز و کامپیوتر است. این تیم با پیشگامی در استفاده از الاستومرهای فلوئوردار برای ایجاد یک کاوشگر عصبی نرم و بادوام، پیشرفت قابل توجهی در جهت ادغام هماهنگ الکترونیک با سیستم عصبی انسان داشته و مسیرهای جدیدی را برای کاوش و تعامل با شبکه‌های پیچیده مغز گشوده است.

 

تاریخ:1404/4/16

مهسانعمتی