استفاده از برگ های مصنوعی در محیط غیر آزمایشگاهی

استفاده از برگ های مصنوعی که تا به حال تولید می شدند، محدود به محیط های آزمایشگاهی بود. اما اکنون با راهکار پیشنهادی توسط یک گروه تحقیقاتی می توان از این برگ های مصنوعی در محیط های خارج از آزمایشگاه نیز استفاده کرد.

همانطور که می دانید فتوسنتز فرآیندی است که در آن گیاهان از آب و دی اکسید کربن موجود در هوا برای تولید کربوهیدرات و به کمک انرژی نور خورشید، استفاده می کنند.

سازوکار برگ های مصنوعی به این شکل است که همین عملیات فتوسنتز را تقلید نمایند که در نتیجه باعث کاهش میزان گاز CO2 موجود در جو زمین خواهد شد.

نکته ای که حائز توجه بوده آن است که این فرآیند تنها محدود به محیط داخلی آزمایشگاه هاست؛ چرا که از دی اکسید کربن خالص و تحت فشار موجود در مخازن استفاده می کنند.

حالا اما پژوهشگران دانشگاه ایلینویز در شهر شیکاگو ایالات متحده راهکاری داده اند که با استفاده از آن می توان برگ های مصنوعی را از آزمایشگاه بیرون آورد و به محیط های خارجی برد.

برگ توسعه داده شده توسط این تیم تحقیقاتی که از CO2 (به عنوان یک گاز گلخانه ای قوی) گرفته شده از هوا استفاده می کند، دست کم ۱۰ برابر در تبدیل دی اکسید کربن به سوخت،، بهتر از برگ های طبیعی عمل خواهد کرد.

نتایجی که این تیم از آزمایشات خود به دست آورده اند، در مجله ACS Sustainable Chemistry & Engineering منتشر شده و قابل مطالعه است.

نویسنده مقاله منتشر شده در این ژورنال که استادیار دپارتمان مهندسی شیمی در کالج مهندسی دانشگاه ایلینویز است، «مینش سینگ» نام دارد که در خصوص این طرح گفت:

«تا به حال همه طراحی هایی که برای برگ های مصنوعی در آزمایشگاه انجام شده، از دی اکسید کربن موجود در مخازن فشرده شده استفاده کرده اند. برای آنکه همچین پروژه ای را در دنیای واقعی پیاده کنیم، این دستگاه ها باید بتوانند CO2 را از منابع رقیق تری چون هوا و گازهای دودکشی (ناشی از سوخت زغال سنگ در نیروگاه ها) جذب نمایند.»

سینگ به کمک همکارش، «آدیتیا پراجپات» که دانشجوی تحصیلات تکمیلی در آزمایشگاه سینگ است، در راستای حل این مشکل راهکاری پیشنهاد دادند که در آن برگ مصنوعی سنتی درون یک کپسول شفاف ساخته شده از یک غشای نیمه نفوذ پذیر رزین آمونیم چهارتایی که با آب محاصره شده است، بسته بندی می گردد.

تبخیر آب از داخل به خارج توسط نور خورشید، وظیفه این غشا است.

استفاده از برگ های مصنوعی در محیط غیر آزمایشگاهی

همانطور که آب از طریق غشا عبور می کند، دی اکسید کربن به طور انتخابی هوا را به داخل می کشد. واحد فتوسنتز مصنوعی داخل کپسول از یک جاذب نور با پوشش کاتالیزوری تشکیل شده است که CO2 را به CO تبدیل می کند.

گفتنی است که مونوکسید کربن می تواند به عنوان پایه ای برای ایجاد سوخت های مصنوعی گوناگون مورد بهره برداری قرار گیرد.

به این ترتیب گاز اکسیژن تولید می شود و قادر است به محیط اطراف منتقل شود و یا جمع گردد.

سینگ اشاره کرد:

«با تعبیه و قرار دادن فناوری برگ های مصنوعی سنتی در این غشای مخصوص، کل این واحد می تواند عملکردی مشابه یک برگ طبیعی در خارج از آزمایشگاه داشته باشد.»

آنطور که از محاسبات این تیم پژوهشی دانشگاه ایلینویز بر می آید، ۳۶۰ برگ که هر کدام ۷/۱ متر طول و ۲ متر پهنا دارند، در هر روز نیم تن مونوکسید کربن تولید خواهند کرد که می تواند به عنوان پایه برای ایجاد سوخت های مصنوعی استفاده شود.

این تعداد برگ محیطی به مساحت ۵۰۰ متر مربع را پوشش می دهد که می تواند سطح دی اکسید کربن را در شعاع ۱۰۰ متری به میزان ۱۰٪ در یک روز کاهش دهد.

استادیار دپارتمان شیمی این دانشگاه خاطر نشان کرد:

«طراحی مفهومی ما از مواد و فناوری هایی که به سادگی در دسترس هستند استفاده می کند که وقتی با یکدیگر ترکیب شوند، برگ های مصنوعی را می سازند که قادر است در محیط بیرون از آزمایشگاه مستقر شود؛ جایی که می تواند نقش مهمی را در کاهش میزان گازهای گلخانه ای موجود در جو داشته باشد.»

لازم به ذکر است که این پژوهش در آزمایشگاه مواد و سیستم های مهندسی دانشگاه ایلینویز ایالات متحده آمریکا انجام شده است. 

دپارتمان مهندسی شیمی، حمایت مالی انجام این پژوهش را بر عهده داشت؛ اقدام شایسته ای که باید در کشور ایران هم مدنظر مسئولات دانشگاهی قرار گیرد.

تبدیل فلز مایع به پلاسما امکان پذیر شد

در تازه ترین دستاوردهای دانشمندان شیمی، نخستین بار محققان آمریکایی توانستند تبدیل فلز مایع به پلاسما را عملیاتی کرده و فرصت های تازه ای برای دستیابی به همجوشی هسته ای ایجاد نمایند.

به گزارش کمولوژی و به نقل از ساینس دیلی، دانشمندان دانشگاه راچستر ایالات متحده آمریکا (Rochester) موفق به تبدیل فلز مایع به پلاسما شده اند و با این کار، روش جدیدی را برای دستیابی به هم جوشی هسته ای ابداع نمودند.

اما احتمالا این سوال برایتان پیش آمده که پلاسما چیست و چه مفهومی دارد. در ادامه به سراغ این موضوع خواهیم رفت.

پلاسما چیست؟

همه ما از کودکی با حالات فیزیکی و مشترک مواد نظیر جامد، مایع و گاز آشنا هستیم؛ اما این تمام ماجرا نیست. حالت های دیگری از ماده وجود دارد که شایع ترین نمونه قابل مشاهده آن در جهان، حالت فیزیکی پلاسما است.

پلاسما گونه ای از جرم تشکیل شده با الکترون های آزاد و یون های مثبت است که الکترون های خود را از دست داده و به راحتی برق را عبور می دهند.

گفتنی است که این حالت ماده به صورت طبیعی بر روی زمین یافت نمی شود؛ هر چند که می توانیم در آزمایشگاه پلاسماهای مصنوعی بسازیم.

متداول ترین راه برای انجام این کار این است که گازی دلخواه را تا چند هزار درجه گرم کنیم تا اتم ها الکترون های خود را از دست بدهند.

این همان کاری است که در حقیقت چراغ های نئونی انجام می دهند. یک جریان الکتریکی از گاز نئون تحریک شده عبور می کند و سپس فوتون ها را به نحوی که الکترون ها از دست بروند، آزاد می نماید.

پلاسمای دوتریم

گرم کردن گاز فقط برای ایجاد حالت پلاسما کاربرد ندارد. پژوهشگران در آزمایشگاه انرژی لیزر دانشگاه راچستر (RLC) توانسته اند پلاسمای متراکم دوتریم ایجاد کنند.

آنها در ابتدا دمای دوتریم مایع فشرده شده را تا ۲۱- کلوین (۴۲۲- درجه فارنهایت) پایین آوردند و سپس دمای آن را به سرعت افزایش دادند و تا نزدیکی ۱۸۰ هزار درجه فارنهایت رساندند. آنها کار خود را به کمک لیزر OMEGA تکمیل کردند تا یک شوک قوی از مایع دوتریم عبور کند.

دانشمندان قادر به مشاهده انتقال این فلز مایع به حالت پلاسما، در حال شفاف شدن این ماده شدند. گفتنی است که در پایان این واکنش ها، ماده فوق به یک ماده بسیار بازتاباننده همچون ظاهر سنتی فلز تبدیل شد.

تبدیل فلز مایع به پلاسما امکان پذیر شد

پتانسیل ماده پلاسما برای همجوشی هسته ای

همجوشی هسته ای که از آن با عناوین دیگری چون گداخت هسته ای و فیوژن یاد می شود، برعکس عمل شکافت هسته ای است.

در فرآیند همجوشی، هسته های سبکی مثل هیدروژن، دوتریم و تریتیم با یکدیگر همجوشی داده شده و هسته های سنگین تر و البته مقداری انرژی تولید می شود.

برای اینکه همجوشی امکان پذیر باشد، هسته هایی که در واکنش وارد می شوند می بایستی دارای انرژی جنبشی کافی باشند تا بر میدان الکترواستاتیکی پیرامون خود غلبه نمایند. به همین جهت دماهای وابسته به واکنش های همجوشی، بسیار بالاست.

ماهیت مواد پلاسما برای اینکه در واکنش های همجوشی هسته ای شرکت کنند بسیار مهم است؛ زیرا که اطلاعات جدید می تواند به محققان مدل هایی برای چگونگی استفاده از مواد در صنعت برق و درک بهتر از چگونگی استفاده از مواد در محیط های پر فشار و خشن هستی که متداول ترین منبع انرژی آن همجوشی هسته ای است، می دهد.

محمد زاغو (Mohamed Zaghoo)، یکی از محققان این پروژه است که می گوید:

«این کار تنها یک کنجکاوی آزمایشگاهی نیست. نتایج تحقیقات ما نشان می دهد که پلاسما، ماده تشکیل دهنده بسیاری از اجرام اختر فیزیکی همچون کوتوله های قهوه ای است و همچنین حالتی از ماده است که برای رسیدن به همجوشی هسته ای، مورد نیاز می باشد.

این مدل ها به درک ما از نحوه طراحی بهتر آزمایش ها برای رسیدن به همجوشی کمک می کند.»

باید اشاره کرد که کوتوله های قهوه ای ستارگان کوچکی هستند که در زمان تشکیل شدن مرکز خود، به اندازه کافی داغ نمی شوند تا فرآیند ذوب یا همجوشی هسته ای در آنها به وجود بیاید.

به عبارت دیگر، آنها به خورشیدهای نورانی و گرم تبدیل نمی شوند؛ در عوض، بلافاصله بعد از تشکیل سرد شده و نوری از خود نمی تابانند که این موضوع منجر به کاهش دید آنها خواهد شد.

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

محققان استرالیایی موفق به توسعه روشی جدید برای بازیافت کربن دی اکسید از هوا و تبدیل آن به ماده ای کاربردی در ساخت ابر خازن ها شده اند.

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

 

بحران های زیست محیطی که سال هاست گریبانگیر سیاره سبز شده است، موجب تغییرات اقلیمی گوناگونی شده است. این در حالی است که هنوز برای مهار کربن دی اکسید به عنوان مهم ترین آلاینده جوی، راهکاری ارائه نشده است.

رویای جذب این گاز دردسر ساز، یعنی CO2 به کمک فناوری، چند وقتی است که منجر به انتشار اخباری امیدبخش در این زمینه گردیده است. هدفی که دانشمندان در پی تبدیل این گاز مخرب به ماده ای مفید و کاربردی هستند.

آنچه که ما نیاز داریم، صرفا ارائه یک راهکار عملی نیست؛ بلکه می بایست از نظر اقتصادی، با صرفه باشد. این راهکار باید علاوه بر جذب میزان کافی از کربن اتمسفر، بتواند وضعیت فعلی را دچار تغییر و تحول نماید.

اخبار خوبی که در این مدت به گوش رسیده، حاکی از آن است که احتمالا دانشمندان استرالیایی توانسته اند چنین راهکاری را عملی کنند.

به گزارش کمولوژی، محققان دانشگاه RMIT در شهر ملبورن استرالیا، نوعی فناوری را توسعه داده اند که قادر است گاز کربن دی اکسید را به ذراتی از دوده خالص تبدیل کند.

گفتنی است از زمانی که به خطرات ناشی از گرمایش جهانی و عواقب ناگوار آن پی برده ایم، همواره در پی احیای چرخه کربن در گازهای گلخانه ای و یافتن راهی برای بازگرداندن آنها به سطح زمین هستیم.

از آن زمان تاکنون، ایده های زیادی برای جداسازی کربن از جو زمین امتحان شده اند؛ تولید زیست توده و دفن آن و همچنین پمپاژ گاز به مخازن زیر زمینی برای تسریع واکنش های شیمیایی تبدیل CO2 به گازهای کم خطرتر، از جمله این اقدامات هستند.

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

بعضی از این روش ها هزینه پایینی دارند اما مشکل بزرگ آنها، نداشتن سرعت کافی است. برخی دیگر هم از نظر اقتصادی توجیه چندانی برای انگیزش صنایع آلاینده ندارند.

چیزی که در این سال ها برای حل بحران کربن بدست آمده، آن است که امید چندانی به فناوری های انتشار معکوس نداشته باشیم. با این حال، پیشرفت هایی در سال های اخیر روی داده و ما را در مورد رسیدن به یک راهکار زیست محیطی جامع خوشبین تر کرده است. بازیافت کربن دی اکسید به کمک روشی که در ادامه بیان خواهد شد، یکی از همین پیشرفت هاست.

روشی که پژوهشگران دانشگاه RMIT در استرالیا موفق به کشف آن شده اند، سرعت چندانی ندارد اما برای انجام آن نیازی به ایجاد فشارهای بالا (یا واکنش های شیمیایی پیچیده) جهت تبدیل CO2 به شکل جامد، وجود ندارد.

سازوکار این روش بر مبنای کاربرد نوعی نانو ذره فلز سریم است که نقشی حیاتی در واکنش های الکتروشیمیایی جداسازی اکسیژن از کربن دی اکسید در ولتاژهای پایین دارد.

استفاده از مخلوط سوسپانسیونی نانو ذرات سریم به شکل یک آلیاژ فلز مایع، باعث عدم تشکیل کربن به صورت جامد بر روی سریم می شود و به این ترتیب، بازدهی واکنش افت نخواهد کرد.

در شرایط بهینه تر می توان از گالیم فلزی به عنوان حلال این واکنش استفاده کرد. نکته مثبت این جایگزینی آن خواهد بود که تمام واکنش در دمای اتاق قابلیت اجرایی خواهد داشت؛ چرا که نقطه ذوب عناصر در مقادیر بسیار کمتری قرار خواهد گرفت.

یکی از شیمیدان های دانشگاه RMIT، تورلن دانک است که درباره این پروژه می گوید:

«تا به امروز، تبدیل کربن دی اکسید به شکل جامد‌ آن تنها در دماهای بسیار بالا قابل دستیابی بود و این امر باعث می شد انجام آن در مقیاس صنعتی امکان پذیر نباشد.

ما با استفاده از فلزات مایع به عنوان کاتالیزور، ثابت کرده ایم که امکان تبدیل این گاز به کربن جامد در دمای اتاق و طی یک فرآیند کارآمد و مقیاس پذیر میسر است.»

یکی از مزیت های مهم این فناوری که برتری عمده ای در قبال روش های پیشین دارد، محصول نهایی این واکنش است؛ محصولی که شاید تنها یک زباله نباشد.

درنا اسرافیل زاده، مهندس ارشد و نویسنده این پژوهش در ایران است که می گوید:

«از دیگر مزایای این فرآیند آن است که کربن می تواند بار الکتریکی را در خود نگه داشته و تبدیل به یک ابر خازن شود. به این ترتیب ممکن است بتوان از آن برای ساخت یکی از اجزای وسایل نقلیه در آینده استفاده کرد. این فناوری همچنین می تواند یک سوخت ترکیبی را به عنوان محصول جانبی تولید کند که از کاربردهای صنعتی متنوعی برخوردار است.»

بازیافت کربن دی اکسید از هوا و انتشار معکوس آن

کربن یکی از مهم ترین عناصری است که در زندگی آینده بشر، نقش مهمی خواهد داشت. یکی از راه های بدست آوردن دوباره کربن، بازیافت کربن دی اکسید است.

محصولات مبتنی بر کربن همچون گرافن می توانند باعث تحول در آینده صنعت الکترونیک شوند و آن هم نه تنها به عنوان یک ابر خازن، بلکه به عنوان یک ابر رسانا مطرح شود.

پیش بینی می شود که حتی اگر بخشی از این رویای بزرگ تحقق یابد، یک صنعت مواد بر اساس کربن می تواند سرمایه های بزرگی را در آینده به سوی خود روانه کند. پر واضح است که ایجاد انگیزه های اقتصادی می تواند بزرگترین محرک برای حل این مشکلات زیست محیطی باشد.

دانک ادامه می دهد: «ذخیره سازی کربن به شکل جامد، گامی حیاتی در این مسیر به حساب می آید؛ با اینکه هنوز پژوهش های بیشتری باید انجام بپذیرد.»

حل مشکلات زیست محیطی جهان ما، چه از طریق جذب کربن دی اکسید و چه از طریق جمع آوری پلاستیک های موجود در اقیانوس ها، آینده ای روشن تر برای آیندگانمان رقم خواهد زد.

ساخت پلاستیک های بازیافت پذیر نسل جدید

پلاستیک های بازیافت پذیر به عنوان مهمترین دغدغه جوامع توسعه یافته در سال های اخیر، همواره محلی برای ارائه دیدگاه ها و نظرات دانشمندان پلیمر بوده است.

اکنون تعدادی از همین پلیمریست ها موفق به ساخت نسل جدیدی از پلاستیک های بازیافت پذیر شده اند که قادر است بارها در چرخه بازیافت، به مواد جدیدی با شکل ها و رنگ های متفاوت تبدیل شود.

پلاستیک ها به عنوان موادی سبک، عالی و محکم شناخته می شوند که تقریبا هر آنچه را که بخواهید، می توانید به کمک آنها تولید کنید. البته این مزیت ها زمانی است که دیگر به آنها نیازی نداشته باشید؛ چون در غیر این صورت تبدیل به مشکلی بزرگ خواهند شد.

اغلب پلاستیک هایی که استفاده می کنیم، حاوی مقادیر زیادی از انواع رنگدانه ها، پر کننده ها و یا بازدارنده های آتش هستند. تعداد محدودی از پلاستیک ها را می توانید بیابید که بتوان بدون کاهش کارایی یا خصوصیات فیزیکی شان، آنها را بازیافت کرد.

حتی PET که بازیافت پذیرترین پلاستیک موجود است و در حال حاضر در بطری ها نوشیدنی (مثل آب، نوشابه، آبمیوه و …) استفاده می شود، تنها به میزان ۲۰ الی ۳۰ درصد بازیافت پذیر است و مازاد آن را وارد دستگاه های زباله سوز کرده و یا نهایتا دفن می کنند؛ جایی که تجزیه چنین مواد کربنی ای، نیاز به قرن ها زمان دارد.

Science daily، اکنون گروهی از محققان آزمایشگاه برکلی ایالات متحده آمریکا توانسته اند پلاستیک بازیافت پذیرتری را طراحی کنند که همچون اسباب بازی لگو، قادر است در سطح مولکولی به اجزای تشکیل دهنده خود تجزیه شده و مجددا به شکل ها یا رنگ های دیگری در بیاید؛ ضمن آنکه خواص فیزیکی و مکانیکی شان دچار نقصان نشود.

ویژگی های این ماده جدید که به نام PDK معرفی شده است، در مجله Nature Chemistry گزارش شده است. یکی از محققان این پروژه، «پیتر کریستنسن» از آزمایشگاه برکلی است که می نویسد:

«اغلب در پلاستیک هایی که کارخانجات مختلف تولید می کنند، هدف بازیافت پذیر بودن در نظر گرفته نشده است اما ما راه حل جدیدی برای تولید پلاستیک هایی که در سطح مولکولی بازیافت پذیر باشند، پیدا کرده ایم.»

محققان قصد دارند با تشویق فرآیند بازیافت و استفاده از پلاستیک های قابل بازیافتی که از جنس PDK هستند، مانعی برای انباشته شدن پلاستیک ها روی زمین و یا روانه شدن آنها به سمت اقیانوس ها شوند.

پیتر ادامه می دهد:

«در پلاستیک های موسوم به PDK، جایگزین شدن پیوندهای قابل بازگشتی با پیوندهای غیر قابل تغییر موجود در پلاستیک های متداول انجام شده است که باعث ساخت پلاستیک های بازیافت پذیر می شود.»

ساخت پلاستیک های بازیافت پذیر نسل جدید

برخلاف پلاستیک های رایج، مونومرهای این پلاستیک PDK می تواند بازیابی شده و در اثر محلول های اسیدی، از هرگونه ترکیبی که به آن افزوده شده است، آزاد شود. اسید سبب شکستگی پیوندهای بین مونومرها شده و افزودنی هایی را که موجب شکل یافتگی این پلیمر و یا رنگدهی آن شده اند، آزاد می کند.

«برت هلمز»، یکی دیگر از محققان این پروژه بوده است که می گوید:

«ما علاقمند به یک فرآیند شیمیایی هستیم که چرخی پلاستیک ها را از خطی به چرخشی تبدیل کند. ما فرصتی در این مواردی که گزینه های بازیافتی ندارند می بینیم.

این موارد شامل انواع چسب ها، کفش ها، قابل تلفن، بندهای ساعت، اتصالات رایانه ها و ترموست های سختی که با قالب ریزی مواد پلاستیکی مذاب ساخته می شوند هستند.»

گفتنی است که این دانشمندان زمانی به ویژگی هیجان انگیز چرخشی پلاستیک PDK پی بردند که کریستنسن داشت اسیدهای گوناگون را روی اجزای مورد استفاده برای ساخت چسب های PDK امتحان می کرد.

او دریافت که ترکیب چسب دچار تغییر شده است. کریستنسن که درباره نحوه تغییر چسب کنجکاو شده بود، ساختار مولکولی نمونه را با استفاده از دستگاه طیف سنجی NMR بررسی کرد. او نوشت:

«در کمال شگفتی، آنها مونومرهای اولیه بودند!»

سرانجام آنها پس از آزمایش فرمولاسیون های مختلف نشان دادند که اسید نه تنها پلیمرهای PDK را به مونومر تجزیه کرده، بلکه این فرآیند سبب آزاد شدن مونومرها از سایر افزودنی ها نیز شده است.

این گروه موفق به اثبات این پدیده شدند که مونومرهای بازیافتی PDK قادر هستند دوباره به شکل پلیمر درآمده و پلیمرهای بازیافتی را که دیگر ویژگی های گذشته خود را ندارند، می توان به پلاستیکی جدید تبدیل کرد.

<pstyle=”text-align: justify;”>اما نتیجه ای که برای عموم مردم جذاب است، دقیقا همینجاست. اگر بند ساعت مشکلی شکسته خود را که در سطل زباله انداخته اید از PDK تولید شده باشد، می تواند به عنوان یک کیبورد کامپیوتر زندگی جدیدی را آغاز کند. ضمن اینکه می توان با افزودن ویژگی های دیگر، خواص فیزیکی و مکانیکی این پلاستیک ها را افزایش داد.

دانشمندان عقیده دارند که پلاستیک های بازیافت پذیر نسل جدید آنها قادر است جایگزین خوبی برای بسیاری از پلاستیک های غیر قابل بازیافتی شود که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد.

هلمز در پایان به روند کنونی شان اشاره می کند و مسیری که حالا باید به طریق دیگر ادامه دهند:

«ما در نقطه ای ایستاده ایم که برای ذخیره و فرآیند کردن ضایعات، می بایستی به تجهیزات بازیافت مان فکر کنیم. اگر این تجهیزات برای بازفرآوری یا به‌یافت PDK و پلاستیک های مرتبط طراحی شده باشد، بهتر خواهیم توانست پلاستیک ها را از زیر زمین و اقیانوس ها پاکسازی کنیم.

این یک مقطع زمانی شگفت انگیز است که ما در مورد نحوه طراحی مواد و تجهیزات پلاستیک های بازیافت پذیر فکر می کنیم تا پلاستیگ های چرخشی را وارد بازار کنیم.»

محققان قصد دارند پلاستیک های PDK را در کاربردهای مختلف از جمله منسوجات، فوم های حرارتی و عایق و همچنین پرینترهای سه بعدی توسعه دهند. ضمن اینکه آنها به دنبال گسترش فرمولاسیون این نوع پلاستیک به کمک افزودن مواد گیاهی پایدار دیگر هستند.

آلودگی پلاستیکی دلیل مرگ باکتری تولید کننده اکسیژن

تازه ترین یافته ها نشان می دهد که آلودگی پلاستیکی در اقیانوس ها، سبب از بین رفتن باکتری هایی شده است که بیش از ۱۰ درصد اکسیژن کره زمین را تولید می کنند.

تاکنون برخی برآوردها حاکی از آن بود که آلودگی پلاستیکی باعث خسارت اقتصادی ۲٫۵ تریلیون دلاری در سال است که در نتیجه آن، عملا تمامی صنایع مرتبط به این بخش مختل می شود.

حالا محققان در تازه ترین بررسی های خود دریافته اند که آلودگی پلاستیکی در اقیانوس ها با آسیب رساندن به برخی میکروارگانیسم های بسیار کوچک اما ضروری، می توانند زمینه مرگ سیاره سبز را فراهم کنند. بررسی ها نشان می دهد که این باکتری های کوچک، به تنهایی ۱۰ درصد از اکسیژن مورد نیاز زمین را تامین می کنند.

این پژوهش نشان داد مواد شیمیایی که از زباله های پلاستیکی شناور در اقیانوس به دست می آیند، ممکن است سبب از بین رفتن پروکلوروکوکوس (Prochlorococcus) شوند. این موجودات مهمترین تولید کننده های اکسیژن هستند.

نویسنده اصلی این مقاله، دکتر «ساشا تیتو» از دانشگاه مک کواری سیدنی استرالیاست که می گوید:

«اخیرا متوجه شده ایم که قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی که از صافی آلودگی پلاستیکی عبور کرده اند، موجب کاهش رشد پروکلوروکوکوس ها و تولید اکسیژن این باکتری ها می شود که از قضا فراوان ترین باکتری های فوتوسنتز کننده اقیانوس ها محسوب می شوند.»

تخمین زده می شود که ۳ اکتیلیون (۱۰ به توان ۲۷) پروکلوروکوکوس در اقیانوس های سراسر جهان زندگی می کنند. برای درک بزرگی این عدد، بهتر است بگوییم که تقریبا ۷٫۵ میلیارد انسان در کره زمین زندگی می کنند. به ازای هر نفر، ۴۰۰ پروکلوروکوکوس وجود دارد.

محققان در ضمن این پژوهش، بخش هایی از PVC و پلاستیک معمولی PE را به مدت ۵ روز در آب های مصنوعی قرار دادند (منظور از آب مصنوعی، مقیاس آزمایشگاهی است.)

در طی این آزمایش چندین گونه پروکلوروکوکوس بررسی شد و سرانجام یافته ها نشان داد که  میزان رشد و تولید اکسیژن این میکروارگانیسم ها کاهش یافته است. حتی در یکی از موارد، یک گونه از این پروکلوروکوکوس فقط با گذشت ۲۴ ساعت از قرار گرفتن در کنار پلاستیک ها، تولید اکسیژن خود را به صفر رساند.

آلودگی پلاستیکی دلیل مرگ باکتری تولید کننده اکسیژن

نتیجه ای که از این پروژه به دست آمد، نشان می دهد که قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی مصنوعی می تواند مانع رشد باکتری ها و توانایی آنها در فتوسنتز شده که می تواند تغییراتی در ژنوم این باکتری ها را در پی داشته باشد.

دکتر مور، از جمله نویسندگان این مقاله می گوید:

«این باکتری های بسیار ریز برای انجام زنجیره های غذایی دریا حیاتی هستند و به چرخه کربن کمک می کنند. تخمین زده می شود که ۱۰ درصد از نیاز کره زمین به اکسیژن، توسط این موجودات بسیار کوچک تامین شود.»

در حقیقت به ازای هر ۱۰ مولکول O2 که تنفس می کنیم، یکی را این موجودات بسیار ریز تولید کرده اند.

اگر چه برخی از کشورها در سراسر جهان برای کاهش یا توقف استفاده از پلاستیک های زیست تخریب ناپذیر تلاش هایی را انجام داده اند، اما میزان پلاستیک های موجود در اقیانوس ها همچنان در حال افزایش است.

برآوردها نشان می دهد که تا سال ۲۰۵۰، وزن کلی پلاستیک های موجود در اقیانوس ها حتی از آبزیان هم بیشتر شود. ضمن آنکه خسارات اقتصادی آلودگی پلاستیکی از نهادهای گوناگون، رقمی بین ۱۳ میلیارد تا ۲٫۵ تریلیون دلار در سال را اعلام می کنند.

تعدادی از کشورهای توسعه یافته در نقاط مختلف جهان تصمیم گرفته اند از گسترش آلودگیپلاستیک ها جلوگیری کرده و یا آن را به حداقل برسانند که اقدام قابل تحسینی است.

با این همه اما دکتر تیتو، نویسنده این مقاله، عقیده دارد که تاثیر این آلودگی ها به مراتب فراتر از زندگی آبزیان خواهد بود.

اطلاعات به دست آمده نشان می دهد که آلودگی پلاستیکی ممکن است اثرات اکوسیستمی گسترده تری فراتر از این پروکلوروکوکوس ها داشته باشد و روی گونه هایی همچون مرغ دریایی و لاک پشت ها، اثرات مخرب بر جای بگذارد.

به نظر شما چه راهکاری برای کاهش آلودگی پلاستیکی در کشور ایران قابل انجام است؟ ما چه سهمی از این آلودگی ها داریم و چگونه می توانیم آن را کاهش دهیم؟

 

کافئین راهی برای تقویت انرژی سلول های خورشیدی

دانشمندان در تازه ترین دستاورد خود موفق شدند با افزودن کافئین به ماده جذب کننده نور خورشید در سلول های خورشیدی، کارایی این سلول ها را افزایش دهند.

محققان دانشگاه کالیفرنیا و سولارگیگا انرژی در چین توانستند به این نتیجه برسند که کافئین سبب افزایش کارایی تبدیل نور به الکتریسیته در سلول های خورشیدی می گردد.

نتایج آزمایشات این گروه که در مجله معتبر Joule چاپ شده، ممکن است این تکنولوژی انرژی تجدیدپذیر مقرون به صرفه را قادر سازد تا در بازار با سلول های خورشیدی سیلیکونی رقابت کند.

ایده استفاده از کافئین در سلول های خورشیدی از یک لطیفه خنده دار درباره قهوه صبحانه آغاز شد. یکی از دانشجویان این پروژه، «جینگ جیانگ» مطرح می کند:

«وقتی یکی از روزها داشتیم درباره سلول های خورشیدی پروسکایتی صحبت می کردیم، رویی وانگ، یکی از استادان ما گفت:

«اگر برای افزایش انرژی به قهوه احتیاج داریم، پس پروسکایت چه؟» آیا آن هم برای عملکرد بهتر به قهوه نیاز دارد؟»

این نظر بی مقدمه باعث شدن تیم به یاد بیاورد که کافئین موجود در قهوه، ترکیبی آلکالوئیدی دارد که ساختارهای مولکولی را در بر می گیرد. این ساختار می تواند با پیش سازهای مواد پروسکایتی تعامل ایجاد کند؛ ترکیباتی با ساختار بلوری خاص که لایه گیرنده نور را در گروهی از سلول های خورشیدی تشکیل می دهند.»

نتایج گذشته پژوهشگران برای افزایش پایداری حرارتی این سلول های خورشیدی شامل تقویت لایه پروسکایتی با وارد کردن ترکیباتی نظیر دی متیل سولفواکسید بوده است. محققان برای تقویت کارایی سلول ها و پایداری بلند مدت آنها تلاش کرده بودند؛ اما کسی در این زمینه کافئین را در نظر نگرفته بود.

در این زمان محققان که تصور کردند شاید در مسیر کشف چیزی قرار گرفته باشند، قهوه های خود را کنار گذاشتند و بررسی بیشتر را آغاز کردند.

کافئین راهی برای تقویت انرژی سلول های خورشیدی

آنها کافئین را به لایه‌ پروسکایتی ۴۰ سلول خورشیدی اضافه کردند و از طیف‌ سنجی مادون‌ قرمز که از اشعه‌ مادون ‌قرمز برای شناسایی ترکیبات شیمیایی استفاده می‌ک ند، برای تعیین این موضوع استفاده کردند که کافئین به ‌طور موفقیت‌ آمیزی با مواد پیوند خورده است یا نه.

آنها با انجام آزمایش ‌های طیف‌ سنجی مادون قرمز بیشتر مشاهده کردند گروه ‌های کربونیل در کافئین با یون‌ های سرب موجود در لایه ارتباط برقرار کرده و قفل مولکولی تشکیل داده است. این تعامل موجب افزایش حداقل مقدار انرژی مورد نیاز برای واکنش لایه‌ پروسکایت و افزایش کارایی سلول خورشیدی از ۱۷درصد به بیش از ۲۰درصد شد.

در حالی‌که به‌ نظر می‌ رسد کافئین به ‌طور چشمگیری موجب بهبود عملکرد در سلول‌ هایی می‌شود که در آن‌ها از پروسکایت برای جذب نور خورشید استفاده می‌ شود، پژوهشگران معتقدند این روش برای دیگر انواع سلول ‌های خورشیدی مفید نیست.

کافئین به‌‌دلیل ساختار مولکولی منحصر ‌به ‌فردش فقط می ‌تواند با پیش‌ساز‌های پروسکایت تعامل برقرار کند؛ موضوعی که ممکن است موجب شود این نوع از سلول‌ های خورشیدی در بازار تاحدودی از دیگر نمونه‌ها پیش بیفتند.

به‌طور کلی سلول‌های خورشیدی پروسکایتی ارزان‌ تر است و در مقایسه ‌با همتاهای سیلیکونی خود قابلیت انعطاف بیشتری دارند. علاوه ‌بر ‌این، تولید آن‌ها نیز ساده ‌تر است. سلول ‌های پروسکایتی را می ‌توان از پیش‌سازهای محلول تولید کرد. وانگ معتقد است با انجام پژوهش‌ های بیشتر کافئین ممکن است بتواند به تولید در مقیاس وسیع سلول‌ های خورشیدی پروسکایتی کمک کند.

پژوهشگران در ادامه‌ کار قصد دارند برای تقویت بیشتر سلول ‌های خورشیدی، ساختار شیمیایی مواد پروسکایتی را بررسی کنند که کافئین با آن‌ها ادغام شده و بهترین مواد محافظ را برای پروسکایت شناسایی کنند.

کشف حالت فیزیکی جدید بین مایعات و جامدات

محققان با انجام آزمایش روی پتاسیم موفق به کشف حالت فیزیکی جدید شدند که اتم های آن به شکل همزمان جامد و مایع است.

آنها برای این پژوهش، رفتار ۲۰۰۰۰ اتم پتاسیم را در شرایط سخت شبیه سازی کردند که دستاورد ارزشمند آنها، کشف حالت فیزیکی جدید بود.

یکی از دلایل رسیدن به چنین پدیده مهمی این بود که دانشمندان می خواستند ببینند آیا حالت فیزیکی مشخصی وجود دارد که ساختار اتم ها در حال گذر میان چندین حالت مثل جامد، گاز یا مایع باشد یا خیر.

در این سری از آزمایشات، شرایط سختی چون فشار و دمای بالا روی فلزات ساده جدول تناوبی اعمال شد و از شبیه سازی های کامپیوتری نیز برای بررسی حالت جدید استفاده شد.

محققان دانشگاه اسکاتلند معتقدند که این حالت فیزیکی جدید برای چند عنصر دیگر مثل سدیم یا بیسموت وجود دارد و قرار است بزودی آزمایشاتی بر روی آنها صورت بگیرد.

تا قبل از این دستاورد، مشخص نبود که چنین حالتی از پایداری مناسب برای مطرح شدن به عنوان حالت مجزا برخوردار است یا خیر. اکنون با شبیه سازی رفتار ۲۰ هزار اتم، محققان ثابت کرده اند که این حالت به قدر کافی پایدار است و باید نام جدیدی برای آن در نظر گرفت.

کشف حالت فیزیکی جدید بین مایعات و جامدات

 

سرپرست این پروژه، دکتر آندریاس هرمان است که درباره کشف حالت فیزیکی جدید می گوید:

«پتاسیم یکی از ساده ترین فلزاتی است که می شناسیم. نکته جالب اما اینجاست که اگر آن را فشار دهید، ساختار بسیار پیچیده ای به خود می گیرد. تحقیقات ما نشان می دهد که در چنین حالتی پتاسیم شکل فیزیکی عجیب اما پایداری به خود می گیرد که هم جامد است و هم مایع.»

طبق نتایج به دست آمده از این تیم تحقیقاتی، واکنش های میان اتم های این فلز سبب می شود که قسمتی از آنها حالت جامد بگیرند و قسمتی دیگر هم به حالت مایع تبدیل شوند.

دانشمندان باور دارند که کشف جدید آنها موارد استفاده از ماده هایی با این خصوصیات را بالا می برد و متخصصان می توانند از این حالت جدید برای جنس اولیه تولیدات خاص خود بهره بگیرند.

انتقال بی سیم انرژی برق به ادوات متحرک

انتقال بی سیم انرژی برق به ادوات متحرک

 

دانشمندان توانسته‌‌اند سیستمی عملی و پربازده برای شارژ بی‌‌سیم تجهیزات متحرک طراحی کنند که احتمالا آینده‌‌ی صنعت خودروهای الکتریکی، ربات‌‌ها و پهپادها را متحول خواهد کرد.

امروزه تکنولوژی شارژ بی‌‌سیم ازجمله فناوری‌‌های نام‌‌آشنا در صنعت گوشی‌‌های هوشمند به‌‌شمار می‌‌آید؛ ولی آنچه که دانشمندان به‌دنبال آن هستند، سطح بالاتری از این فناوری با قابلیت تأمین انرژی در فواصل دورتر و برای اشیا در حال حرکتی نظیر خودروها است.

تصور کنید با خودروی الکتریکی خود در حال حرکت در جاده هستید و هم‌زمان باتری خودرویتان نیز در حال شارژشدن باشد یا ربات‌‌هایی را تصور کنید که هرگز هنگام جابجایی در محیط کارخانه‌‌ها با مشکل اتمام شارژ باتری‌های خود مواجه نشوند. این می‌‌تواند همان چشم‌‌اندازی باشد که درصورت موفقیت تیم فعلی از پژوهشگران دانشگاه استنفورد، دیگر رؤیایی دور از دسترس محسوب نخواهد شد.

البته فناوری یادشده پیش‌‌تر در سال ۲۰۱۷ نیز معرفی شده بود؛ اما این‌‌بار بازدهی و توان آن بالاتر رفته و البته کاربردی‌‌تر نیز شده است؛ بنابراین انتظار می‌‌رود دیر یا زود شاهد خروج این فناوری از فاز آزمایشگاهی  و ورود آن به مرحله‌ی تجاری‌سازی باشیم. سانهوی فن، از مهندسان برق دخیل در پروژه‌‌ی فعلی می‌‌گوید:

این به‌‌منزله‌‌ی گامی مهم درجهت توسعه‌‌ی یک سیستم عملی و پربازده برای شارژ بی‌‌سیم خودروها و ربات‌‌ها خواهد بود؛ حتی در مواقعی که این تجهیزات با سرعت بالایی در حال حرکت باشند. ما باید تنها توان سامانه را افزایش دهیم تا قادر به شارژ یک خودرو در حال حرکت شویم و من فکر نمی‌‌کنم مانع بزرگی در این مسیر وجود داشته باشد. برای شارژ ربات‌‌ها نیز این فناوری همین حالا قابل‌‌استفاده است.

فناوری انتقال بی‌‌سیم الکتریسیته براساس روش تولید میدان‌‌های مغناطیسی متناوب کار می‌‌کند. این میدان‌‌های نوسان‌‌کننده باعث نوسان الکترون‌‌ها در یک فرکانس خاص می‌‌شوند. مشکل اینجا بود که این فرکانس برای اشیا در حال حرکت، ثبات ندارند. برای همین است که گوشی‌‌های هوشمند امروزی برای شارژشدن نیاز به قرارگیری در یک جایگاه ثابت مخصوص (به‌‌عنوان پد شارژ) دارند.

پژوهشگران دانشگاه استفورد در سال ۲۰۱۷ موفق شده بودند باکمک یک آمپلی‌‌فایر و حلقه‌‌ی فیدبک مقاومتی، میزان فرکانس کاربری دستگاه را در حین حرکت دریافت‌‌کننده تنظیم کنند. در آن زمان، دستگاه تنها قادر به دریافت ۱۰ درصد از توان ارسالی ازسوی فرستنده بود. اما این‌‌بار آن‌‌ها موفق شده‌‌اند بازدهی سامانه را به ۹۲ درصد برسانند. چنین جهش چشمگیری در میزان بازدهی مرهون به‌‌کارگیری یک آمپلی‌‌فایر سوئیچینگ جدید است که به‌‌دلیل دقت بالا و پیچیدگی بسیار، برای طراحی آن بیش از سه سال زمان صرف شد.

ایده‌‌ی اصلی طراحی هنوز براساس فناوری ارائه‌‌شده در سال ۲۰۱۷ است. با حرکت گیرنده، فرکانس متغیر توان ارسالی از فرستنده تنظیم می‌‌شود. این سامانه در حال حاضر می‌‌تواند میزان ۱۰ وات توان را تا فاصله‌‌ای به‌‌اندازه‌‌ی ۶۵ سانتی‌‌متر ارسال کند؛ اما پژوهشگران می‌‌گویند دلیلی نمی‌‌بینند که نتوان ابعاد فعلی سیستم را تا مقیاس‌‌های بسیار بزرگ‌‌تر افزایش داد.

خودروهای برقی برای شارژ شدن نیاز به صدها کیلووات توان دارند و خوشبختانه سیستم نوظهور درصورت استفاده در سطح جاده‌‌ها از سرعت کافی برای فراهم‌‌کردن این میزان توان برخوردار است. تنها محدودیت پیش‌‌رو احتمالا سرعت باتری‌‌ها در جذب این میزان انرژی در سرعت‌‌های بالا خواهد بود.

یکی دیگر از کاربردهای احتمالی فناوری یادشده، قابلیت شارژ باتری ربات‌‌های مشغول در محیط کارخانه‌‌ها باکمک پدهای مخصوص نصب‌‌شده روی کف زمین است. همچنین این کاربری می‌‌تواند شامل حال پهپادهایی شود که با حرکت در نزدیکی سقف محیط‌‌های سربسته می‌‌توانند انرژی لازم را به‌‌صورت بی‌‌سیم از طریق شارژهای سقفی دریافت کنند. درصورت عملیاتی‌‌شدن این فناوری، احتمالا دیگر نیازی نخواهد بود که ربات‌‌ها یا پهپادها برای شارژ به ایستگاه‌‌های ثابت خود بازگردند و عملا امکان فعالیت بی‌‌وقفه‌‌ی این‌گونه تجهیزات فراهم خواهد شد.

اما در این میان موانعی نیز به‌‌چشم می‌‌خورند که شاید یکی از مهم‌‌ترین آن‌‌ها، هزینه‌‌ی بالای پیاده‌‌سازی آن در حال حاضر باشد. با این حال، فناوری یادشده (دست‌کم در مقیاس نمونه‌‌ی اولیه) همین حالا نیز دردسترس است. به‌‌گفته‌‌ی دانشمندان، فرکانس کاری دستگاه در محدوده‌‌ی کاملا بی‌‌خطر برای سلامت انسان قرار می‌‌گیرد.

ما اکنون به فناوری مهمی دست یافته‌‌ایم که می‌‌تواند امکان انتقال بی‌‌سیم انرژی برق آن‌هم برای تجهیزات در حال حرکت فراهم کند؛ موضوعی که شاید انقلابی واقعی در نحوه‌‌ی کاربری گجت‌‌ها و حتی حمل‌‌ونقل جهانی ایجاد کند. پژوهشگران در مقاله‌‌ی اخیر خود در Nature Electronics چنین اظهار داشته‌‌اند که:

به‌‌منظور بهره‌‌گیری کامل از مزایای فناوری انتقال بی‌‌سیم توان بسیار مهم است که یک طرح پایدار و پربازده برای ارسال توان به تجهیزات در حال حرکت ارائه کنیم.

ساخت موتور جت مبتنی‌بر پلاسما بدون سوخت فسیلی

ساخت موتور جت مبتنی‌بر پلاسما بدون سوخت فسیلی

 

پژوهشگران چینی نمونه‌ای آزمایشی از موتور جتی ساخته‌اند که از سوخت‌های فسیلی بی‌نیاز است و به‌طوربالقوه می‌تواند مسیر را برای تحقق مسافرت‌های هوایی با کربن خنثی هموار کند.

انسان به‌ویژه در عرصه‌ی حمل‌ونقل به سوخت‌های فسیلی به‌عنوان منبع اصلی انرژی وابسته است. با‌این‌حال، سوخت‌های فسیلی ناپایدار و خطرناک هستند و به‌عنوان بزرگ‌ترین منبع تولید گازهای گلخانه‌ای شناخته می‌شوند و مصرف بی‌رویه‌ی آن‌ها به بروز عوارض تنفسی و تخریب محیط‌زیست دراثر گرمایش زمین منجر شده است. به‌نقل از نیویورک تایمز، هواپیماهای تجاری مسئول انتشار ۲/۵ درصد از گازهای گلخانه‌ای هستند.

اکنون تیمی از پژوهشگران در مؤسسه‌‌ی علم و فناوری دانشگاه ووهان، نمونه‌ای آزمایشی از دستگاهی را رونمایی کرده‌اند که برای پیش‌رانش جت از پلاسمای هوای ریزموج استفاده می‌کند. آن‌ها طرز کار موتور ابداعی خود را در نشریه‌ی AIP Advances تشریح کرده‌اند. جائو تانگ، استادتمام دانشگاه ووهان و نویسنده‌ی پژوهش می‌گوید:

کمک به حل معضلات گرمایش جهانی ناشی از استفاده‌ی انسان از موتورهای احتراقی سوخت فسیلی برای نیرورسانی به ماشین‌آلات نظیر خودروها و هواپیماها، انگیزه‌ی ما از ابداع موتور جدید بود.

پلاسما درکنار جامد و مایع و گاز حالت چهارم ماده محسوب می‌شود و دربردارنده‌ی تراکمی از یون‌های باردار است. پلاسما به‌طورطبیعی در مکان‌هایی نظیر سطح خورشید و جوّ زمین هنگام صاعقه وجود دارد؛ اما انسان می‌تواند به‌طورمصنوعی نیز آن را تولید کند. پژوهشگران با قراردادن هوا زیر فشار زیاد و استفاده از ریزموج برای یونیزه‌کردن جریان هوای فشرده‌شده، جت پلاسما تولید کردند.

ساخت موتور جت مبتنی‌بر پلاسما بدون سوخت فسیلی

 

^{طرح‌واره‌ی نمونه‌ی اولیه‌ی دستگاه و تصاویر جت پلاسمای روشن در توان‌های مختلف ریزموج}

شیوه‌ی استفاده‌شده به‌دست دانشمندان چینی با تلاش‌های پیشین انجام‌شده برای ایجاد موتورهای جت پلاسما تفاوتی مهم دارد. دیگر پیشرانه‌های جت پلاسما نظیر کاوشگر فضایی داون ناسا از پلاسمای زنون استفاده می‌کنند. این نوع پلاسما نمی‌تواند بر اصطکاک جوّ زمین غلبه کند؛ از‌این‌رو، برای به‌کارگیری در حمل‌ونقل هوایی از قدرت کافی برخوردار نیست. درعوض، موتور جت پلاسمای پژوهشگران چینی، تنها با استفاده از هوا و الکتریستیه‌ی تزریقی، پلاسمای داغ و پرفشار تولید می‌کند.

بین ساخت نمونه‌ای آزمایشی به‌عنوان طرح مفهومی تا نصب موتور در هواپیمایی واقعی، فاصله‌ای بسیار طولانی وجود دارد؛ اما به‌نقل از پژوهشگران، نیروی تولیدشده‌ی دستگاه آزمایشی توانست توپ فولادی یک‌کیلوگرمی را برفراز لوله‌ای کوارتز با قطر ۲۴ میلی‌متر جابه‌جا کند. در این لوله، هوای پرفشار ازطریق عبور از محفظه‌ی یونیزه‌ساز ریزموج به جت پلاسما تبدیل می‌شود. به نسبت مقیاس، قدرت دستگاه پژوهشگران چینی را می‌توان با موتور جت هواپیمای تجاری مقایسه کرد.

با ساخت آرایه‌ای بزرگ از پیشرانه‌های پلاسما به‌همراه منابع ریزموج پرقدرت، مقیاس طرح آزمایشی را می‌توان به جت تمام‌اندازه افزایش داد. نویسندگان مقاله برای بهبود کارآمدی دستگاه و دستیابی بدین هدف تلاش می‌کنند. تانگ می‌گوید:

نتایج ما نشان داد چنین موتور جتی برپایه‌ی پلاسمای هوای ریزموج می‌تواند به‌طور بالقوه جایگزینی مطمئن برای موتور جت سوخت فسیلی مرسوم باشد.

 

یون‌های نقره چگونه باکتری‌ها را از بین می‌برند؟

دانشمندان می‌خواهند بدانند فلز نقره چگونه می‌‌تواند باکتری‌ها را از بین ببرد تا از این ویژگی برای مقابله با مقاومت آنتی‌بیوتیکی استفاده کنند.

یون‌های نقره چگونه باکتری‌ها را از بین می‌برند؟

 

در حالی که چگونگی کشتن باکتری‌ها توسط فلز خاص نقره رازی سربه‌مهر است، انسان از قرن‌ها پیش خواص ضدمیکروبی آن را می‌شناسند. حال پژوهشگران دانشگاه آرکانزاس در آرکانسای آمریکا، با نگاهی به پویایی پروتئین‌ها در باکتری‌های زنده در سطح مولکولی، گامی بزرگ در جهت درک بهتر این فرآیند برداشته‌اند. یونگ وانگ، استادیار فیزیک و نویسنده‌ی پژوهش جدیدی که در مجله‌ی میکروبیولوژی کاربردی و محیطی منتشر شده است، می‌گوید:

به‌طورسنتی، اثرات ضد میکروبی نقره از طریق زیست‌سنجی (bioassay) سنجیده می‌شود. این روش، اثر یک ماده‌ در ارگانیسم آزمایشی را در برابر یک داروی استاندارد و بدون درمان، مقایسه می‌کند؛ این‌گونه روش‌ها موثر هستند؛ اما معمولاْ تنها تصویر و واکنشی لحظه‌ای را در زمان تولید می‌کنند.

برای اینکه گفته‌ی یونگ‌وانگ بهتر درک شود باید گفت، زیست‌سنجی برای تعیین قدرت نسبی یک ماده (به عنوان مثال، یک دارو یا هورمون یا ماده‌ی سمی) با مقایسه‌ی اثر آن بر روی یک ارگانیسم مدل با استاندارد از پیش آماده شده است. به طور مشابه، زیست‌سنجی روشی برای توسعه‌ی اطلاعات سم‌شناسی روی موجوداتی است که فیزیولوژی آن‌ها شبیه به موجوداتی فرض می‌شود که مورد توجه مستقیم قرار دارند.

یون‌های نقره چگونه باکتری‌ها را از بین می‌برند؟

وانگ و همکارانش برخلاف معمول، از یک روش تصویربرداری پیشرفته استفاده کردند؛ آن‌ها با استفاده از یک میکروسکوپ بومی‌سازی‌شده‌ی «ردیاب تک‌ذره» و فوتوکتیزه‌شده (PALM یا FPALM) پروتئین خاص موجود در باکتری‌های E.Coli را به‌مرورزمان مشاهده و بررسی کردند.

شایان ذکر است فوتوکتیزه‌شده (PALM یا FPALM) یه نوع روش تصویربرداری با میکروسکوپ فلورسانس است که تصاویری با وضوح بسیار بالا ارائه می‌دهد؛ همچنین «اشریشیا کُلی۶» (نام علمی: Escherichia coli) یا بطور اختصار E.coli، نوعی باسیل گرم منفی از خانواده‌ی انتروباکتریاسه‌ است که بطور شایع در روده‌ی جانوران خون‌گرم وجود دارد.

در نهایت برخلاف آنچه که قبلاْ‌ تصور می‌شد، پژوهشگران دریافته‌اند که یون‌های نقره باعث افزایش پویایی یا دینامیک پروتئین می‌شود. وانگ می‌گوید:

یون‌های نقره به عنوان سرکوب‌کننده و ازبین‌برنده‌ی باکتری‌ها شناخته شده است؛ بنابراین انتظار این‌ بود که در مواقع درمان با نقره همه‌چیز در باکتری‌ها کند شود؛ اما در کمال تعجب دریافتیم که پویایی پروتئین سریع‌تر می‌شود.

پژوهشگران مشاهده کردند که یون‌های نقره باعث می‌شود رشته‌های جفت‌شده‌ی DNA از باکتری‌ها جدا شوند و اتصال بین پروتئین و DNA تضعیف شود. وانگ اضافه می‌کند:

بنابراین پویایی سریع‎تر پروتئین‌ها ناشی از نقره، قابل درک است. وقتی پروتئین به DNA متصل می‌شود، به آرامی همراه با DNA حرکت می‌کند؛ چراکه یک مولکول حجیم در باکتری است. درمقابل وقتی با نقره درمان شود، پروتئین از DNA جدا می‌شود و به‌خودی‌خود حرکت می‌کند؛ بنابراین سریع‌تر می‌شوند.

مشاهده‌ی جداسازی DNA ناشی از یون‌های نقره جزو کارهای اولیه وانگ و همکارانش بود؛ آن‌ها این‌کار را از طریق خم‌کردن DNA انجام داده بودند. در حال حاضر رویکرد آن‌های ثبت‌اختراع تحت فشارقراردادن DNA با استفاده از خم‌کردن آن‌ها است؛ این کار DNA را مستعد تعامل با سایر مواد شمیمیایی، از جمله یون‌های نقره می‌کند.

اکنون با تأمین بودجه‌ توسط بنیاد ملی علوم، ایده‌ی تحقیق درباره پویایی پروتئین‌های منفرد در باکتری‌های زنده تأیید شده است؛ وانگ گفت:

این رویکرد می‌تواند به پژوهشگران در درک واکنش‌های واقعی باکتری‌ها نسبت به نانوذرات نقره کمک‌کند. نانوذرات‌نقره برای مبارزه با سوپرباگ‌های مقاوم در برابر آنتی‌بیوتیک‌های معمول که تجویز می‌شوند، پیشنهاد شده است. آنچه که ما در نهایت می‌خواهیم این است که با استفاده از دانش جدید حاصل از این پروژه، آنتی‌بیوتیک‌های بهتری براساس نانوذرات نقره ساخته شوند.