ساخت بتن نانویی که قابلیت چاپ سه‌بعدی دارد
یک جرعه ازجهان دانش
بهارسادات موسوی
[ گزارش ازپژوهش های تازه ]
یک تیم تحقیقات بین‌المللی موفق به ساخت بتن نانویی شدند که قابلیت چاپ سه‌بعدی دارد. این بتن دی‌اکسیدکربن کمتری تولید کرده و استحکام بالاتری نسبت به محصولات رایج دارد.
محققان دانشگاه ویرجینیا، شورای تحقیقات حمل و نقل ویرجینیا و دانشگاه فنی استانبول در ترکیه یک کامپوزیت سیمانی پایدار و قابل چاپ ارائه کردند. در این ماده جدید، گرافن با سنگ آهک و سیمان رسی کلسینه (LC۲) ترکیب می‌شود که استحکام و دوام بیشتری را ارائه می‌کند و در عین حال انتشار کربن را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.
عثمان اوزبولوت، استاد گروه مهندسی عمران و محیط‌زیست دانشگاه ویرجینیا می‌گوید: «هدف ما طراحی بتنی قابل چاپ بود که عملکرد بهتری داشته باشد و سازگار با محیط‌زیست باشد. افزودن گرافن به سیمان رسی کلسینه فرصتی منحصربه‌فرد برای کاهش انتشار کربن و در عین حال حفظ استحکام و انعطاف‌پذیری مورد نیاز برای ساخت‌وساز با کمک چاپ سه‌بعدی فراهم می‌کند.»
این مطالعه که ویژگی‌های جریان، عملکرد مکانیکی و اثرات محیط‌زیستی این ماده را بررسی می‌کند، توسط توگبا بایتک و توفیق گده از دانشگاه ویرجینیا، هدایت شد. این گروه، گرافن را به سیمان رسی کلسینه اضافه کردند و عملکرد آن را برای کاربردهای چاپ سه‌بعدی به طور قابل توجهی بهبود بخشیدند.
یکی از جنبه‌های کلیدی این تحقیق، ارزیابی چرخه زندگی بتن بود که توسط ژانگفان جیانگ، محقق فوق دکتری دپارتمان مهندسی عمران و محیط‌زیست، با همکاری لیزا کولوسی پترسون، استاد مهندسی محیط‌زیست در دانشگاه ویرجینیا انجام شد. نتایج نشان داد که این بتن تقویت‌شده با گرافن می‌تواند انتشار گازهای گلخانه‌ای را تا حدود ۳۱ درصد در مقایسه با مخلوط‌های بتن قابل چاپ سنتی کاهش دهد.
جیانگ توضیح داد: «دیدن ردپای کامل محیطی این بتن جدید مهم بود. این بتن نه تنها عملکرد مکانیکی بهتری از خود نشان می‌دهد، بلکه تأثیر محیط‌زیستی کمتری نیز دارد و فناوری ساخت بتن سه‌بعدی را در مقایسه با روش‌های چاپ سه‌بعدی سنتی با انتشار کربن بالاتر پایدارتر می‌کند.»
کشف امکان فتوسنتز زیر سطح یخی مریخ
براساس تحقیقی جدید احتمالا شرایط مورد نیاز برای فتوسنتز در زیر سطح یخی مریخ وجود دارد.
به گزارش اسپیس، در فرایند فتوسنتز که در بدن جاندارانی مانند گیاهان و جلبک انجام می شود، انرژی به وجود می آید. فتوسنتز نیازمند آب و نور است و بخش اعظم اکسیژن اتمسفر زمین را فراهم می کند. تحقیق جدید حاکی از یک لایه ضخیم یخ روی سطح مریخ است که می تواند اشعه های شدید خورشید را فیلتر کند اما اجازه می دهد نور به اندازه کافی برای فتوسنتز جمع شود و می تواند «مناطق زیست پذیر تابشی» (radiative habitable zones) ایجاد کند.
همانطور که فتوسنتز نیازمند نور مناسب است، این نتایج نیز باید در شرایطی که چنین نوری تامین باشد، بررسی شوند. هرچند تحقیق بر آن نیست که نشان دهد هم اکنون حیاتی در مریخ وجود دارد یا قبلا در تاریخچه این سیاره وجود داشته اما نتایج به محققان فعال در این زمینه ایده هایی درباره اینکه چه مناطقی را باید بررسی کنند، ارائه می دهد.
آدیتیا کولر محقق آزمایشگاه JPL ناسا در این باره می گوید: ما ادعا نمی کنیم که حیات روی مریخ را یافته ایم، بلکه معتقدیم قرار گرفتن در معرض گرد و غبار یخی مریخ در عرض های جغرافیایی میانی نشان دهنده راحت ترین مکان ها برای جستجوی حیات در مریخ در شرایط فعلی است.
مریخ زمین در منطقه ای قابل زیست نسبت به خورشید قرار دارد. در این منطقه دمای ستاره منظومه شمسی اجازه می دهد آب مایع در سطح سیاره وجود داشته باشد. با این وجود هرچند ۷۱ درصد سطح زمین مملو از اقیانوس آب است، به نظر می رسد بخش اعظم مریخ خشک باشد.
البته مشاهدات ماموریت کاوشگرهای کنجکاوی و استقامت نشان داده مریخ همیشه خشک نبوده است.
حسگر زیستی تشخیص باکتری عامل سرطان معده
پژوهشگران دانشگاه تهران، حسگر زیستی طراحی کردند که می‌تواند به تشخیص سریع و کم‌هزینه هلیکوباکتر پیلوری که عامل اصلی سرطان دستگاه گوارش، زخم معده و گاستریت است، کمک کند.
در پژوهشی که به تازگی در قالب رساله دکتری سیدصابر میرزایی، دانشجوی رشته مهندسی محیط زیست پردیس بین‌المللی کیش دانشگاه تهران، به راهنمایی دکتر ناصر مهردادی و دکتر غلامرضا نبی بیدهندی، استادان دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران، با همکاری پژوهشگرانی از مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک دانشگاه تهران، مرکز تحقیقات پروتئین دانشگاه شهید بهشتی و دانشگاه براون آمریکا انجام شده، نوعی حسگر زیستی برای تشخیص هلیکوباکتر پیلوری با استفاده از روش الکتروشیمی معرفی شده است که در محیط آبی کارایی دارد.
دکتر نبی بیدهندی، استاد گروه مهندسی محیط زیست دانشکده محیط زیست دانشگاه تهران، در توضیح اهمیت مطالعه هلیکوباکتر پیلوری و یافتن راهی برای تشخیص وجود آن در آب گفت: «این باکتری که می‌تواند باعث بروز انواع بیماری‌های گوارشی شود، به شیوه‌های مختلف از جمله از طریق آب آلوده وارد بدن می‌شود و حتی اسید معده قادر به نابودی آن نیست. از سویی تشخیص وجود آن در محیط‌های آبی از طریق کشت براث (broth culture)، علاوه بر ایجاد آلودگی‌های فراوان محیطی، زمان‌بر و پرهزینه است. از این رو یافتن راهی برای تشخیص سریع و ارزان این باکتری، می‌تواند گام مهمی در ارتقای مراحل تصفیه آب باشد.»
میرزایی، دانش‌آموخته دانشگاه تهران، درباره ویژگی‌های این باکتری گفت: «این پژوهش نشان داد هلیکوباکتر پیلوری در محیط کشت مایع، حالت مرفولوژیک خود را از باسیلی به کروی تغییر می‌دهد و شناسایی را به شدت دشوار می‌کند. در عین حال سیستم ایمنی هلیکوباکتر پیلوری توسط پروتئین شوک حرارتی (Hsp60) فعال می‌ماند تا آن را در برابر هر گونه روش گندزایی معمول مانند کلرزنی، ازن‌زنی و تابش اشعه UV حفظ کند و در محیط‌های پذیرنده منابع آبی سطحی و زیرزمینی تا ۹۶ زنده نگه دارد.»
میرزایی درباره فرایند این پژوهش گفت: «در این مطالعه، یک حسگر زیستی نانو پروبی با روش الکتروشیمی برای تشخیص این باکتری طراحی شد. به این منظور، سطح فعال و رسانایی الکترود به ترتیب توسط نانوذرات اکسید گرافن کاهش‌یافته (RGO) و طلا (AU) بهبود یافت و آپتامر روی الکترود اصلاح‌شده با پلی‌تیوفن (PTP) مزدوج شد. برای تأیید خواص فیزیک و شیمیایی نانومواد سنتزشده، آزمایش‌های پراش پرتو ایکس (XRD) طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) انجام شد. علاوه بر این، برای توصیف الکترود اصلاح‌شده، از ولتامتری چرخه‌ای (CV) ولتامتری موج مربعی (SWV) و طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) استفاده شد و اثر افزودن هر یک از نانوذرات و غلظت‌های مختلف Hsp60 بر پاسخ کاوشگر سنجیده شد. رفتار خطی الکترود اصلاح شده در برابر طیف وسیعی از غلظت‌های Hsp60 ، قابلیت اطمینان زیست حسگر توسعه‌یافته را با حد تشخیص (LOD) ۰.۰۰۸۰ میکرومولار برای امپدانس و ۰.۰۰۶۷ میکرومولار برای منحنی SWV نشان داد. همچنین آزمون انتخاب‌پذیری این حسگر نشان داد که حساسیت آن به Hsp60 بیش از ۱۰ برابر بیشتر از سایر مواد زیستی است. مطابق یافته‌های این مطالعه، نانوکاوشگر پیشنهادی پتانسیل فوق‌العاده‌ای برای شناسایی و تجزیه و تحلیل هلیکوباکتر پیلوری دارد.»
دکتر بیدهندی با اشاره به ماهیت میان‌رشته‌ای این پژوهش گفت: «لازمه ارتقای علم تصفیه آب و فاضلاب سرعت در شناسایی آلاینده و پاتوژن‌هایی است که با روش‌های معمول تصفیه و گندزدایی حذف نمی‌شوند. شناسایی دقیق و سریع این آلاینده‌ها، پیش‌شرط طراحی و ساخت سیستم‌های تصفیه آب و فاضلاب کارآمد است.»
نتایج این بررسی در مقاله‌ای عنوان Novel detection of H.pylori using ultrasensitive electrochemical aptasensor based on surface modified graphene oxide doped gold nanoparticles conjugated polythiophene از سوی الزویر (اینجا) منتشر شده است.
تلسکوپ‌های ناسا محل زایش ستاره‌ها را کشف کردند
یک مطالعه جدید توسط محققان یک گروه بین‌المللی با استفاده از تلسکوپ فضایی «جیمز وب» سازمان ناسا مشخص کرد که برخی از قرص‌های پیش‌سیاره‌ای روشن شده با نور ماورای بنفش، کوتوله‌های قهوه‌ای را احاطه کرده‌اند.
به گزارش «فیز»، ستارگان نوزاد با قرص‌ها یا صفحاتی از گاز و غبار احاطه شده‌اند که سیاره‌ها در درون آن ها زاده می‌شوند و به عنوان قرص‌های پیش‌سیاره‌ای شناخته می‌شوند.
در سحابی «اوریون»، درخشان‌ترین و بزرگترین ستارگان پرتوهای شدید ماورای بنفش ساطع می‌کنند که قرص‌های پیش‌سیاره‌ای را روشن می‌کنند و امکان عکس‌برداری از آن ها با جزئیات نامعمول را فراهم می‌سازد. تصاویر خیره‌کننده این قرص‌های پیش‌سیاره‌ای روشن شده با نور ماورای بنفش -موسوم به پروپلید (proplyds)- یکی از اولین کشفیات تلسکوپ فضایی هابل در چندین دهه پیش بود.
یک مطالعه جدید توسط محققان یک گروه بین‌المللی با استفاده از تلسکوپ فضایی «جیمز وب» سازمان ناسا مشخص کرد که برخی از پروپلیدهایی که در ابتدا توسط هابل شناسایی شده‌اند، کوتوله‌های قهوه‌ای را احاطه کرده‌اند. کوتوله‌های قهوه‌ای اشیای ستاره‌مانندی هستند که کوچکتر و سردتر از آن هستند که هم‌جوشی یا ذوب هیدروژنی داشته باشند.
این نتایج جدید از جیمز وب به ستاره‌شناسان کمک خواهد کرد تا چگونگی شکل‌گیری کوتوله‌های قهوه‌ای و رابطه آن ها با ستارگان و سیارات را بهتر بشناسند و سر در بیاورند که آیا آن ها (کوتوله‌های قهوه‌ای) ممکن است (مانند ستارگان) سیارات وابسته به خودشان را داشته باشند.
«کِوین لومان» استاد ستاره‌شناسی و اخترفیزیک در دانشگاه «پن استیت» و از اعضای اصلی این گروه تحقیقاتی گفت: ستارگان در درون ابرهای گسترده‌ای از گاز و غبار در فضا با نام سحابی (nebulae) که ممکن است طول و گستردگی آن ها در حد سال‌های نوری باشد، زاده می‌شوند.
وی افزود: ستاره‌شناسان برای دهه‌ها گمان می‌کردند که به محض به هم آمیختن یک ستاره در درون یک سحابی، سیارات در داخل قرصی از گاز و غبار در پیرامون ستاره نوزاد متولد می‌شوند.
تلسکوپ هابل به پس از آغاز به کار در سال ۱۹۹۰ عکس‌های واضحی از قرص‌های پیش‌سیاره‌ای از طریق رصد سحابی «اوریون» تهیه کرد. سحابی اوریون در بردارنده حدود ۲ هزار ستاره نوزاد است و یکی از نزدیکترین سحابی‌های ستاره‌ساز به منظومه خورشیدی ما است که ۱۳۰۰ سال نوری فاصله دارد.
این گروه ستاره‌شناسان اقدام به طیف‌سنجی مادون قرمز بر روی نمونه کوچکی از کوتوله‌های قهوه‌ای در اوریون با استفاده از ابزارهای تلسکوپ جیمز وب کردند. به گفته این محققان، مشاهدات جدید با جیمز وب تنها سطح موضوع کوتوله‌های قهوه‌ای در سحابی اوریون را خراش داده است. مشاهدات آینده اوریون با جیمز وب به طور بالقوه می‌تواند مثال بیشتری از پروپلیدها را پیرامون کوتوله‌های قهوه‌ای پیدا کند.
