گروه صنایع شیمیایی دانشکده فنی لاهیجان

دانشمندان در ایالات متحده حسگر فلورسانس ارزان قیمتی را برای غذاهای فاسد ایجاد کردن که می تواند به آسانی یک کاغذ لیتموس مورد استفاده قرار گیرد.( کاغذ لیتموس: کاغذی است که به صورت نوارهای باریک در بازار موجود است و برای تشخیص باز و اسید به کار برده می شود.)

تاریخ مصرف درج شده بر روی مواد غذایی می تواند بهترین راهنما برای مصرف کننده باشد که آیا این غذا هنوز هم قابل خوردن است یا خیر. هر چند که سختگیری برای این تاریخها ناصحیح می باشد و این امر موجب می شود تا مقادیر هنگفتی از غذا به صورت زباله درآید. همانطور که در سوپر مارکتها ( و تعدادی از اتلاف کننده ها) هر آنچه که تاریخ مصرفش گذشته باشد، دور ریخته می شود. بدون توجه به آنکه آیا در حقیقت این غذا فاسد شده است یا خیر.

حسگرهای دقیقی برای شناسایی غذاهای فاسد بکار برده شده اند. مانند آنهایی که به بینی های الکترونیک معروفند ویا دیگر حسگرهای فلورسانس که آنها اغلب شامل دستورالعملهای طاقت فرسا و پیچیده ای می باشند. و در نتیجه آنها برای کاربردهای وسیع و جهانی مناسب نیستند.

اریک کول و گروهش در دانشگاه استنفورد کالیفرنیا، حسگر ساده و ارزان قیمتی ایجاد کرده اند. که می تواند مقدار این زباله های غذایی ناشی از در نظر گرفتن پا فشارانه ی تاریخ مصرف را کاهش دهد. آنها بارها  الیگو دواکسی فلورسایدهایی (ODF : فلوروفورهای متصل شده به یک رشته بلند DNA ) را بکار بردند و آنها در اثر تهییج نور فرابنفش و در حضور ماده گازی مورد تجزیه که توسط باکتری یا کپک ایجاد می شود، تغییر رنگ می دهند. و این پاسخی فلورسانی می باشد که نشان می دهد ماده غذایی مورد نظر فاسد شده است.

بعلاوه، این رنگینه ها را می توان با استفاده از پرینترهای جوهر افشان تجاری بر روی کاغذ چاپ کرد و در نتیجه می توان به راحتی از آنها در حجم گسترده ای همانند کاغذهای لیتموس استفاده کرد.

هایوکین کاون که یکی از محققان پروژه می باشد، می گوید: " اقسام مختلفی از محلولهای جوهری ODF را می توان ایجاد کرد که بطور مثال یکی از آنها به گوشت فاسد حساس باشد، دیگری به کپک حساسیت داشته باشد و غیره ... . و آنها را در کارتریج (مخزن جوهر) پرینتر جوهر افشان تجاری ریخت و پس از آن بر روی کاغذ چاپ کرد و داخل ظرف غذا و یا محصولات قرار داد و از فساد آن باخبر شد." " این حسگرها می تواند پرینت شود و به صورت نوارهای باریک تست غذا فروخته شود."

اینگ لیو، که فردی با تجربه در شیمی زیست تجزیه ای (شیمی بیوآنالیتیکی) می باشد این روش جدید را می ستاید، مخصوصا استفاده از پرینترهای جوهر افشان را مورد توجه قرار می دهد. و او می گوید : " افراد دیگری که حسگرهای غذایی را ایجاد کرده وتوسعه می دهند هنوز در این سطح نیستند." همچنین اشاره می کند که "این روش منجر به تولید حسگرهای ارزانتر از انواع دیگر آن می شود." با وجود این او اشاره می کند که هنوز این حسگرها نیاز به تحقیق و توسعه بیشتری دارند که از آن جمله می توان زیاد کردن حساسیت آنها را نام برد. و او می گوید: " آنچه به عنوان حسگر غذا استفاده می شود باید واقعاً حساس و مشخص نما باشد و اینکه ما بگوییم غذا دارای سولفور یا نیتروژن متابولیت است، مشخص نمایی کافی را ندارد و تعیین نمی کند که کدام یک موجود است. "

کول و گروهش پذیرفتند که این مورد زمینه ای است برا ی کاربیشتر بر روی این حسگر و آنها تحقیق برای بدست آوردن الیگومرهای مناسبتر از زنجیره بزرگ الیگودواکسی فلورساید را مورد نظر قرار دادند. تا بتوانند بخوبی تشخیص دهند که چه ماده خاصی بر روی تغییر فلورسانس اثر می گذارد.

بعلاوه، آنها به فکر پایدار تر کردن جوهر ایجاد شده و همچنین پایدارتر کردن پاسخهای این حسگر می باشند.

 
استراق سمع درمکالمه بین سلولهای ایمنی

محققان نانو ابزارهایی ساخته اند که می تواند نجوای سلولها را استراق سمع کند و آنها ادعا می کنند که این وسیله می تواند طوری سازگار شود تا مکالمات سلولها را بشنود. تشدید کننده نانو پلاسمونیک که توسط یک تیم تحقیقاتی ایجاد شده است. می تواند سیگنالهای شیمیایی را قابل رویت کرده و آنها را تشدید نماید. سیگنالهای شیمیایی توسط یک سلول به محققان اجازه می دهد تا غلظتها را با جزئیات زیر- میکرومتری ببینند.

یکی از همکاران شنگ وانگ از دانشگاه کالیفرنیا می گوید: سلولهای T پیغامهای شیمیایی را برای با خبر کردن یکدیگر و کنترل سیستم ایمنی بکار می گیرند. وقتیکه سلولهای T سیستم ایمنی، یک پادگن (آنتی ژن) را ملاقات می کنند، پادگنها را با IL-2 محاصره می نمایند و  این امر سلولهای T را یاد آوری می کند تا خودشان را آماده نمایند. این عمل شبیه به صدا در آوردن زنگ اخبار می باشد.

غلظت IL-2 مجاور یک سلول T فعال بسیار زیاد می باشد، این امر باعث می شود تا سلولهای T که از محل مبارزه بسیار دور هستند. انرژی مهیا شده خود را برای مبارزه از دست ندهند. اکنون، وانگ و همکارانش این موضوع جدید را دیده اند. آنها نشان دادند که IL-2 در سطح سلول T ، 100000 تا یک میلیون بار فراوانتر از یک میکرومتری سلول می باشد

اینترلیوکین-2 (IL-2) یک نوع مولکول علامتدهی در سیستم ایمنی می باشد. یک هورمون سیتوتروفیک است که پاسخ طبیعی فرد به آلودگی میکروبی می باشد. و عوامل خارجی و خودی را از یکدیگر تفکیک می کند. این میانجیها (IL-2) با پیوند شدن به گیرنده های خود که بر روی لمفوسیتها قرار دارند، باعث پاسخ ایمنی سلولهای T می شوند.

این تیم تحقیقاتی با استفاده از یک نانو کواتز کاور اسلیپ صدای سلولها را می شنوند. آنها این کاور اسلیپ را توسط  سیلندر هایی ایجاد می کنند. که شامل یک دیسک سیلیکون دی اکساید با ضخامت 5 نانو متر می باشد که توسط دو دیسک دیگر از جنس طلا با ضخامت 20 نانو متر ساندویچ شده است. این سیلندرها، 100 نانومتری می باشند و با فاصله 500 نانو متر از یکدیگر قرار می گیرند تا تراشه توری مانندی را بسازند.

محققان سلولهای T را به پادتنها (آنتی بادیها) می چسبانند تا IL-2 را برای کاور اسلیپ به دام اندازند، و پس از آن سلولهای T را طوری القاء می کنند تا IL-2 ترشح نمایند. برای دیدن IL-2 آنرا به پادتنها (آنتی بادیها) پیوند می کنند، و سپس آنتی بادی دیگری را به مجموعه پیشین اضافه می نمایند، که این آنتی بادی به یک مولکول فلورسانس کننده به نام آلوفیکوسیانین متصل شده است.

وقتی لامپ جیوه بر روی کاور اسلیپ روشن شود. نانو سیلندرها نور را همانند یک نورافکن جمع می کنند. و منجر به درخشان شدن آلوفیکوسیانین می شوند. همچنین، طول موج قرمز نور نشر شده که توسط فلورسانس آلوفیکوسیانین ایجاد می شود با فرکانس رزونانسی وسیله، جفت می شود. با تشدید کردن سیگنالها، سیگنال بدست آمده از بخش مهندسی شده کاور اسلیپ 100 برابر قوی تر از هنگامی است که این اقدامات صورت نگرفته است. و این موضوع به دانشمندان اجازه می دهد تا طرحی از ارتباطات شیمیایی سلولها، بدست آورند.

مایکل داستین، که فرد ماهری در زمینه فعالیت سلول T می باشد، می گوید: افزایش حساسیتی که توسط این تشدید کننده بوجود آمده است. می تواند ابزارهایی ایجاد کند که پاسخهای ایمنی انسان را به سرعت و با هزینه کمتر نشان دهد. حساسیت ایجاد شده از این نظر بسیار مهم است. زیرا وقتیکه سلولهای  T توسط آلودگی یا عفونت فعال می شوند، در مقایسه با زمانیکه با روشهای تصنعی فعال می شوند، غلظتهای کمتری از پروتئینهایی نظیر IL-2 را ترشح می کنند.

وانگ می گوید: روش سیگنال دهی سلول T می تواند پاسخ بزرگترین سئوالها باشد. از آن جمله می توان این سئوال را مطرح کرد، که چگونه سلولها فعال می شوند؟ تعدادی از مولکولهای پیغام بر که در فعال کردن

سلولها به آنها کمک می کنند. مانند آنچه که در فضای بین نورونهای عصبی اتفاق می افتد، ملزم به ماندن در مجاور سلول هدف می باشند. تا از آشفته کردن سلولهای دیگر جلوگیری بعمل آید. برای آنکه این بر همکنشها را بفهمیم، " پچ پچ کردن سلولها را استراق سمع می کنیم".

دانیال شتچمن، دانشمندی که به تنهایی جایزه نوبل شیمی امسال (2011) را گرفت؟!!!

یک دانشمند اسرائیلی جایزه نوبل شیمی امسال را برای تحقیق در زمینه شبه بلورها (شبه کریستالها) برنده شد. شبه بلورها موادی هستند که در آنها اتمها در یک ساختار منظم قرار گرفته اند و این ساختارها هرگز تکرار نمی شوند.

جوایز نوبل اخیر معمولا بین دو یا سه نفر تقسیم می شد، ولی امسال جایزه شیمی بهمراه 10 میلیون کورون سوئدی ( 1.4 میلیون دلار) را به دانشمندی بنام دانیال شتچمن که استاد علم مواد می باشد، تخصیص دادند؟!!! دکتر شتچمن استاد دانشگاه ایالت آیوا و نیز محققی در دپارتمان انرژی آزمایشگاه آمز ایالت متحده می باشد.

این اشکال مجتمع و غیر تکرار شونده، با قوانین دقیقی تعریف می شوند. که از روزگاران باستان و قرون وسطی در ریاضیات شناخته شده اند. و توسط هنرمندان اسلامی در ایران بصورت زینتی با کاشیهای غیر تکراری بکار برده شده اند. اما این پدیده در زمینه قرار گیری اتمها در کنار یکدیگر فرض ناممکنی بود.

از زمانی که دکتر شتچمن همین ساختار را در مخلوطی از آلومینیوم و منگنز مورد بررسی قرار داد. در طی یک دوره تحصیلی در مریلند و در انستیتو ملی استاندارد و تکنولوژی، او ذرات کوچک ذوب شده فلزات را به سرعت سرد کرد. وی توقع داشت که ساختار اتمها به صورت تصادفی و در هم آمیخته ای درآید و مانند ساختارهای شیشه ای شود. ولی وقتیکه او فلز مورد نظر را با میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار داد، فهمید که ساختار اتمها به صورت تصادفی و در هم آمیخته در نیامده اند. این موضوع در یادداشتهای او در تاریخ هشتم آوریل 1982 ثبت شده است.

دانشمندان باور کردند که بلورها (کریستالها) در مواد همگی شامل ساختارهای تکرار شونده هستند. برای مثال، یک شبکه مربعی چهار مرتبه تقارن دارد. پس اگر این ساختار 90 درجه چرخش کند باز هم همان شکل ابتدایی خود را خواهد داشت. هر چند که غیر ممکن می باشد، در صبح آن روز در سال 1982 الکترونها به آلیاژ ساخته شده ای توسط دکتر شتچمن از آلومینیوم-منگنز برخورد کردند. که ساختاری با 10 مرتبه تقارن را روشن می ساخت. او نتوانست آنرا بسادگی باور کند. و در یادداشتهایش اینگونه نوشت، «10 بار»؟؟.

این در حالی است که یک شبکه تکرار شونده نمی تواند آن ساختار را بسازد، ولی یک شبه کریستال براحتی می تواند این ساختار را نمایان کند.

سالها طول کشید تا دکتر شتچمن توانست دیگران را متقاعد کند.

در طی اعلان این خبر، کمیته نوبل به این موضوع اشاره کرد که یکی از همکاران در ابتدا خطاب به دکتر شتچمن گفت: «این موضوع امکان پذیر نیست». زیرا او تصور می کرد توضیح ساده تری برای آنچه دکتر شتچمن مشاهده کرده بود، وجود دارد. تعدادی از دانشمندان از جمله لینوس پائولینگ که او نیز یکی از برندگان جایزه نوبل می باشد، به تندی این موضوع را مورد بحث قرار داد که داده های دکتر شتچمن را از آنجا که دو کریستال تناوبی منظم در یک زاویه به یکدیگر متصل شده اند، می توان با « دوقلوزایی» توضیح داد.

نانسی جکسون رئیس انجمن شیمی امریکا می گوید: « آنان باید مورد سرزنش قرار گیرند». و در ادامه می افزاید « وقتیکه او برای اولین بار این مواد را بررسی کرد، هیچکس تصور نمی کرد که این مواد امکان وجود داشته باشند. و آن یک داستان علمی بزرگی بود که دانشمندان همتراز او فکر می کردند غیر ممکن است. اما در طی زمان، مردم فهمیدند که او راست می گوید».

پس از این حتی تعریف کریستال باید تغییر کند. پیش از این، یک کریستال اینگونه تعریف می شد که هر آنچه یک ساختار منظمی داشته باشد و در سه بعد فضا تکرار شود را کریستال می گویند. این تعریف بر اساس پیشنهاد اتحادیه بین المللی کریستالوگرافی (بلورشناسی) عنوان شده بود. تعریف جدید که در سال 1992 پذیرفته شد، بیان می کند که یک کریستال جامدی  با یک « الگوی پراش تفکیک شده» است. و ساختاری شبیه به آنچه دکتر شتچمن گفت ارائه می کند.

این امر در آینده منجر به گشوده شدن درب جدیدی برای انواع مختلفی از کریستالها می شود. از آنجا که شبه کریستالها در تعداد دیگری از مواد پیدا شده بودند. و از آن جمله می توان نوع جدیدی از یک کانی طبیعی که در سال 2009  در رودخانه کاتریکا در شرق روسیه پیدا شد را مثال زد. دانشمندان علم مواد، شبه کریستالها را بدلیل خواص ممتازشان مورد بررسی قرار داده اند. شبه کریستالها که اغلب آنان کاملا از جنس فلزات می باشند، سخت، ترد، شکننده و لغزنده می باشند و شباهتی به فلزات دیگر ندارند. همچنین هدایت الکتریکی آنها بسیار ضعیف است.

شبه کریستالها تا کنون تاثیر نسبتا کمی در دنیا داشته اند. برای مثال می توان یک نوع استیل بسیار انعطاف پذیر را عنوان کرد که شامل استیل سخت شبه کریستالها می باشد که در درون استیل نرمتری تعبیه شده اند. و امروزه در تیغهای صورت تراشی و سوزنهای نازک جراحی چشم بکار می روند. همچنین شبه کریستالها می توانند منجر به بهتر شدن ماهی تابه ها، لامپهای LED و موتورهای دیزلی شوند.

پاتریشیا، یکی از همکاران دکتر شتچمن در ایالت آیوا و آزمایشگاه آمز که او نیز شبه کریستالها را مورد بررسی قرار می دهد، می گوید: « کاربردها هنوز توسعه داده نشده اند». و در ادامه می افزاید: « اما شبه کریستالها دانسته های ما را از چگونگی قرار گیری اتمها در جامدات متحول کردند، و آن یک انقلاب علمی بود».

دکتر شتچمن می گوید: « امروزه هزاران نفر از دانشمندان جهان در زمینه ای فعالیت می کنند که من آنرا توسعه داده ام و اطمینان دارم که آنان این جایزه را برتری خودشان می دانند و در حقیقت سزاوار آن هستند. بدون فعالیت این افراد، این علم نمی توانست در جایگاه فعلی خود قرار گیرد».

و او می افزاید:« اصلی ترین درسی که من در طول زمان آموخته ام آنست که یک دانشمند خوب، دانشمندی فروتن و بی ادعاست و نه کسی که 100 درصد به آنچه در کتابهای مرجع می خواند، اطمینان داشته باشد».