نیروگاه‌های هسته‌ای ایمن با کمک فناوری‌نانو

نیروگاه‌های هسته‌ای ایمن با کمک فناوری‌نانو

انرژی هسته‌ای در آینده‌ی انرژی پاک جهان، جایگاه مهمی دارد؛ اما با توجه به حوادث اخیر نیروگاه فوکوشیمای ژاپن، ایمنی این فناوری اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده است. اکنون دانشمندان در دانشگاه کالیفرنیا برای مواد قرار گرفته در برابر تشعشع‌های رادیواکتیو، روش تست نانومقیاسی ارائه کرده‌اند که خواص مکانیکی ماکرومقیاس این مواد را تحت شرایط معین اندازه‌گیری می‌کند. این روش می‌تواند به ساخت مواد جدید برای کاربردهای هسته‌ای کمک کند و برای کاهش مقدار مواد مورد نیاز جهت تست تجهیزات موجود در نیروگاه‌ها، راهکارهایی ارائه کند.

آندریو ماینر، یکی از این محققان، گفت: "تست‌های مکانیکی نانومقیاس در مقایسه با مقادیر توده‌ای و ماکرومقیاس همیشه استحکام‌های بالاتری به شما می‌دهند. ما نشان داده‌ایم که شما حقیقتا می‌توانید از نمونه‌های تحت تابش با قطرهایی به کوچکی 400 نانومتر به خواص واقعی برسید. این توانایی در زمینه مواد هسته‌ای جهت پیشرفت تست‌های نانومقیاس راهکارهایی ارائه می‌کند.

در این مطالعه، ماینر و همکارانش تست‌های فشردگی نمونه‌های مسی قرار گرفته در معرض تابش پروتون‌های پرانرژی را بررسی کرده و برای آسیب‌های ناشی از این تابش به خواص مکانیکی مس، مدلی ارائه کرده‌اند. آنها با استفاده از یک افزاره تست مکانیکی درجای ویژه در یک میکروسکوپ الکترونی عبوری، توانستند طبیعت موضعی این تغییرشکل را با دقت مقیاس‌نانو بررسی کنند.

نقایص سه بعدی ایجاد شده بوسیله تابش داخل مس، می‌توانند حرکت نقایص یک بعدی در ساختار بلوری معروف به نقایص جابجایی را مسدود کنند. این برهم‌کنش سبب می‌شود که مواد قرار گرفته در معرض تابش ترد و شکننده شوند، و برای آنها، مقدار نیرویی که یک ماده قبل از شکسته شدن تدریجی می‌تواند در برابر آن مقاومت کند؛ تغییر کند. بعلاوه، میکروساختارهای پیچیده ناشی از تابش، ممکن است باعث برهم‌کنش‌های جابجایی در نمونه‌های نانومقیاس شوند که در مقایس ماکرو (برای مواد توده‌ای) نیز همان اثرات را دارند. این روش با برگرداندن مقادیر استحکام نانومقیاس به خواص توده‌ای، می‌تواند به طراحان راکتورهای هسته کمک کند که برای اجزاء طراحی در نیروگاه‌های هسته‌ای، مواد مناسب پیدا کنند.

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

جلوگیری از بیماری آلزایمر با کمک 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 کنونی 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 کار تحقیقاتی خود را تحت عنوان "مکانیسم جلوگیری از لیفی شدن پپتیدهای آمیلوئیودی با استفاده از نانوذرات معدنی، شباهت‌های عملکردی با پروتئین‌ها را آشکار می‌کند" در مجله‌ی Angewandte Chemie منتشر کرده‌اند.

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

فرصتی طلائی برای تشخیص زودهنگام آلزایمر

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

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

دانشمندان متوجه شده‌اند که پروتئین‌های تو که 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 کاسته شود.

این روش که توسط محققان دانشگاه ایالتی جکسون ارائه شده‌است بر مبنای متصل‌کردن نوعی پادتن به نانوذرات طلاست که 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 شکل می‌گیرند (شکل را ببینید).

در شکل این دسته‌ها با رنگ آبی نشان داده شده‌اند که با نانوذرات مستقل که 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 تحریک 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 کرده‌اند 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 کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Advanced Materials منتشر کرده‌اند.

 منبع: تبیان