بهار نیوز - 10 ابتکار علمی-فناوری سال 2013

كوارك اولين‌ذره توليدي دراولين ثانيه‌هاي انفجاربزرگ

گروه فناوري: روزانه اکتشافات علمی زیادی صورت می گیرند که جهان را در زمینه‌های مختلف از فیزیک و پزشکی گرفته تا زیست‌شناسی و فناوری تغییر می‌دهند.

در این گزارش به معرفی ابتکارات علمی و فناورانه سال 2013 پرداخته شده که روزگاری تنها در داستانهای علمی و تخیلی تصور می‌شدند اما امروزه در زندگی روزانه مورد استفاده بوده یا در حال تولید هستند. این دستاوردها با خود هزاران فناوری و روش جدید را آورده‌اند که تنها با گذشت زمان ارتقا پیدا کرده و جهان را به جای بهتری برای زندگی تبدیل می‌کنند.

10- كنترل حركت اجسام ازراه دور (دور جابه‌جایی)
قابلیت کنترل حرکت اجسام از راه دور شاید بنظر تخیلی بیاید اما محققان دانشکده علم و مهندسی مینه‌سوتا آنرا به واقعیت تبدیل کرده‌اند. پنج دانشجو با استفاده ار یک روش غیرتهاجمی موسوم به الکتروانسفالوگرافی که امواج مغزی را جمع‌آوری می‌کند، توانستند حرکت یک بالگرد را کنترل کنند. این دانشجویان که در خلاف جهت بالگرد قرار داشتند،‌ توانستند آنرا با تصور حرکت دست چپ و راست یا هر دو دستان خود در جهتهای مختلف هدایت کنند. پس از گذشت زمان و تمرین، این محققان توانستند این بالگرد را برای اجرای چند مانوور از جمله گذر از میان حلقه‌ها با تصویری از پرواز که روی نمایشگر نشان داده می‌شد، کنترل کنند. این دانشجویان امیدوارند بتوانند فناوری جدید غیرتهاجمی امواج مغزی را گسترش داده تا در نهایت حرکت، شنوایی و بینایی را در بیماران معلول یا مبتلا به انحطاط عصبی بازیابی کنند.

9- ام‌آرآی قلب
استفاده از داروهای Anthracycline یکی از شکلهای موثر شیمی‌درمانی است اما به شدت به قلب کودکانی که تحت این درمان قرار می‌گیرند، آسیب می‌زند. دیواره قلب بیشتر کودکان مبتلا به این آسیب‌دیدگی به شدت نازک شده و معمولا پس از تشخیص نیز که بسیار دیرهنگام بوده، کاری نمی‌شود انجام داد. فراصوت غالبا نارسایی قلب را تا چند سال پس از آغاز این درمان دارویی نادیده گرفته و زمانی آنرا نشان می‌دهد که آسیب جدی به قلب وارد شده است. در ماه ژوئن 2013، محققان طی آزمایشات گسترده از روش جدید ام‌آرآیT1 بر روی بیماران استفاده کردند که دقیقتر، کاراتر و ایمنتر از روشهای کنونی مورد استفاده برای تشخیص بیماری قلبی در کودکان بود. پزشکان با این روش می‌توانند نارسایی قلبی در کودکان را زودتر و موثرتر از روش فراصوت تشخیص دهند. این امر دستاورد بزرگی در حوزه پزشکی برای تشخیص زودهنگام بیماریهای قلبی کودکان محسوب می‌شود.

8- الکترولیز کارآمد(تجزیه آب دریا)
در رقابت برای شناسایی سوختهای جایگزین فراوان و کارآمد، دانشمندان همیشه در تلاش برای دستیابی به روشی موثر در تجزیه آب دریا برای تولید سوخت هیدروژن با مانع روبرو می‌شدند. در سال 2013، محققان مرکز شورای پژوهشهای عالی علوم الکترومواد استرالیا از کاتالیزوری رونمایی کردند که می‌تواند آب اقیانوس را با کمتری میزان انرژی لازم تجزیه کند. این کاتالیزور به شکل یک فیلم پلاستیکی منعطف است که در آب غوطه‌ور شده و از انرژی بدست آمده از نور برای اکسید کردن آب دریا استفاده می‌کند. برخلاف روشهای کنونی که نیازمند مقادیر عظیم انرژی برای اکسیداسیون آب هستند، این روش تنها با استفاده از پنج لیتر آب دریا به تولید انرژی کافی برای تامین نیروی یک خانه و خودروی معمولی برای یک روز می‌پردازد.

این فیلم پلاستیکی حاوی مولکولهای کلروفیل مصنوعی برای جمع‌آوری انرژی خورشید به شیوه مشابه برگهای گیاهان است. همچنین این روش برخلاف روشهای کنونی که ابرهای مسموم گاز کلورین تولید می‌کنند، هیچ نوع ماده شیمیایی از خود تولید نمی‌کند. این روش کارآمد و موثر می‌تواند تا میزان زیادی هزینه سوخت هیدروژن را کاهش داده و آنرا به یک سوخت جایگزین رقابتی برای بنزین در آینده تبدیل کند.

7- باتری کوچک
با ابداع اخیر چاپگرهای سه‌بعدی، محدودیتی برای اجسام پیچیده و ظریفی که آنها قادر به تولید هستند، وجود ندارد. در سال 2013 تیمی از محققان دانشگاه هاروارد و ایلینویز توانستند یک باتری لیتیوم یون را بسازند که از دانه شن کوچکتر بوده و از عرضی کمتر از موی انسان برخوردار است. محققان توانستند این موفقیت شگفت‌انگیز را از طریق لایه بندی ظریف یک شبکه یک‌درمیان از الکترودها بدست بیاورند. پس از تکمیل طراحی سه‌بعدی در رایانه، چاپگر از جوهر مایع خاص حاوی الکترودها که به سرعت در مواجهه با هوا سفت می‌شدند، استفاده می‌کند. این دستگاه به دلیل اندازه کوچک آن می‌تواند طیف وسیعی از کاربردها را دربربگیرد. پیش از این باتری، وجود اجسام باتری‌خور بسیار کوچک خیلی محدود بود. این امر به آن دلیل بود که دستگاههای با طراحی بسیار کوچک نیازمند باتریهای بزرگی بودند که انرژی کافی را برای آنها تامین کند. چاپگر سه بعدی از جوهر و طراحی دقیق یک برنامه رایانه‌ای برای ساخت ریزباتریها استفاده کرده است.

6- اجزای بدن مهندسی شده
گروهی از پزشکان دانشگاه دوک در ماه ژوئن سال 2013 با موفقیت توانستند اولین رگ خونی مهندسی شده را در یک بیمار زنده پیوند بزنند. اگرچه مهندسی زیستی به سرعت در حال پیشرفت است، اما این رویکرد اولین پیوند موفق هرگونه اندام بدن مصنوعی مهندسی‌شده موفق محسوب می‌شد. این رگ که در بدن یک بیمار در مراحل پایانی بیماری کلیوی پیوند زده شد، از سلولهای اهدایی انسانی ساخته شد که طی مراحلی به چارچوبی برای رگ اصلی تبدیل شده بودند.

برای جلوگیری از حمله پادتنهای بدن بیمار به رگ خارجی، خصوصیاتی که این حملات را تحریک می‌کرد، حذف شدند. این رگها از همان مواد منعطفی ساخته شده بودند که به آنها در بدن بیمار متصل شدند و حتی ویژگیهای محیط سلولی و دیگر رگها را نیز بخود گرفتند. با موفقیت‌آمیز بودن این پیوند، حوزه نوظهور مهندسی‌زیستی از کاربردهای زیادی برای جهان پزشکی برخوردار خواهد بود. پزشکان امیدوارند در آینده نزدیک بتوانند رگهایی برای بیماری قلبی ساخته یا حتی کل اندام بدن را بازسازی کنند.

5- ذره‌ای با چهار کوارک
جستجو برای توضیح تولد جهان پس از تائید کشف ذره‌ای که از چهار کوراک برخوردار است، با شور مجددی روبرو شد. اگرچه این امر شاید برای فیزیکدانان از اهمیت خاصی برخوردار نباشد، اما این کشف می‌تواند به توضیجات و نظریات جدید در مورد چگونگی تولید ماده در ابتدای امر منجر شود. پیش از این کشف، توضیح تولید ماده محدود بود چرا که تا آن زمان تنها ذرات دارای دو تا سه کوارک شناسایی شده بودند. دانشمندان این ذره جدید را (Zc(3900 نامیده‌اند و بر این فرضند که این ذره در اولین ثانیه‌های داغ پس از انفجار بزرگ تولید شده است.
دانشمندان برخورددهنده الکترون-پوزیترون پکن با آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده SLAC این ذره را چندین بار مشاهده کرده بودند. آنها این نتایج را با مرکز سرن و سازمان تحقیقات شتاب‌دهنده پرانرژی در ژاپن در میان گذاشتند. این دانشمندان ژاپنی بودند که توانستند 159 ذره را مشاهده و ایزوله کنند. اثبات وجود این ذره با ایزوله‌سازی 307 ذره دیگر در آشکارساز Belle در پکن انجام شد.

4- میکروبهای جایگزین سوخت
گروهی از محققان وزات انرژی آمریکا و دانشگاه دوک به دنبال سوختهای جایگزین ارزان و کارآمد، موفق به تولید الکتروسوختهایی شدند که با استفاده از میکرواورگانیسمها به جمع‌آوری انرژی خورشید پرداخته، بدون اینکه مانند سوختهای جایگزین موجود در آب، غذا یا منابع زمینی اختلال ایجاد کند. میکروبهای ریز علاوه بر الزامات انرژی کم آنها، می‌توانند بطور موثر و کارآمد به ساخت این الکتروسوختها در آزمایشگاه بپردازند. این میکروبها ایزوله شده و در باکتریهای غیرفتوسنتزی زندگی می‌کنند. آنها از الکترونهای خاک به عنوان غذا استفاده کرده و در زمان مواجهه با برق و دی‌اکسیدکربن، از انرژی این الکترونها برای تولید بوتانول استفاده می‌کنند.

دانشمندان با این دانش به استخراج ژنهایی برای تکمیل این جانشین فتوسنتز پرداخته و آنها را به باکتریهای پرورش یافته در آزمایشگاه تزریق کردند تا در مقادیر زیادی بوتانول تولید کنند. بوتانول اکنون به دلایل متعدد به عنوان بهترین جایگزین برای اتانول و بنزین درنظر گرفته شده است. این ماده به عنوان یک مولکول بزرگتر،‌از ظرفیت انتقال انرژی بیشتری نسبت به اتانول برخوردار بوده و همچنین آب را به خود جذب نمی‌کند از این رو می‌تواند بطور مستقیم در مخازن بنزین خوردوها قرار داده شده و از طریق خطوط لوله بنزین موجود آنها را انتقال داد.

3- فواید پزشکی نقره
محققان دانشگاه بوستون در پژوهشی در سال 2013 به توصیف فواید استفاده از نقره در آنتی‌بیوتیکها پرداختند. اگرچه از مدتها پیش دانشمندان می‌دانستند که نقره حاوی ویژگیهای قوی ضدمیکروبی است اما اخیرا دریافتند که می‌تواند یک آنتی‌بیوتیک عادی را به آنتی‌بیوتیکی در استروئید تبدیل کند. گفته می‌شود که نقره از فرآیندهای شیمیایی زیادی برای مهار ساخت پیوند توسط باکتری، آهسته کردن سرعت متابولیک آنها و اختلال در هموستاز استفاده می‌کند. این فرآیندها باعث ضعیف شدن باکتری و حساستر شدن آن در برابر قدرت آنتی‌بیوتیکها می‌شود. دانشمندان دریافتند که ترکیب آنتی‌بیوتیک و نقره می‌تواند 1000 برابر از تاثیر بیشتری در کشتن باکتریها برخوردار باشد.

2- بینایی برای نابینایان
اولین نمونه پیش‌ساخت چشم بیونیکی توسط تیمی از طراحان استرالیایی تولید شد. چشم بیونیکی با کاشت تراشه‌ای در جمجمه فرد و اتصال آن به یک دوربین دیجیتال در عینک کار می‌کند. اگرچه این عینک در حال حاضر تنها به ارائه طرحهای کلی برای کاربر می‌پردازد، اما امید زیادی برای ارتقای بیشتر آن در آینده وجود دارد. هنگامی که دوربین به ثبت تصویر می‌پردازد، سیگنال آن تغییر کرده و بطور بی‌سیم به ریزتراشه ارسال می‌شود. از آنجا، سیگنال به فعالسازی نقاطی در تراشه کاشته شده در قشر بینایی مغز می‌پردازد. محققان امیدوارند بتوانند قابلیتهای این عینک را افزایش داده و همزمان آنرا سبک، تنظیم‌پذیر و راحت نگهدارند.

1- ایمنی در برابر سرطان
دانشگاه روچستر پژوهشی را در سال 2013 در مورد یک سازوکار منتشر کرد که موشهای عریان را در برابر سرطان ایمن می‌کرد. یک قند چسبناک موسوم به «هیالورونان» در فضای بین سلولهای موش عریان کشف شد که بنظر می‌رسد آنها از نزدیک شدن به هم و تولید تومور باز می‌دارد. این ماده مانند نگهبان عمل کرده و باعث مهار تماسهای اولیه می‌شود که از تکثیر سلولها پس از رسیدن آنها به تراکم خاص جلوگیری می‌کند. بنظر می‌رسد که که یک جهش دوگانه در دو آنزیمی که رشد هیالورونان را ارتقا داده و از تجزیه آن جلوگیری می‌کند، دلیل وجود مقادیر بالای این ماده در بدن موشها باشد.