ندا اظهری، خبرنگار گروه دانشگاه: رویدادی گفتمان‌محور با عنوان «کاشتن برای آینده» با حمایت معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست‌جمهوری و به‌منظور آشنایی دانشجویان، فناوران و پژوهشگران با فناوری‌های نوین و راهبردی و در راستای تاثیرگذاری بر آینده، زندگی بشر و جایگاه آن در کشور برگزار می‌شود. پنجمین دوره این رویداد چندی پیش با محوریت فناوری نانو به حمایت مرکز توسعه فناوری‌های راهبردی معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست‌جمهوری و ستاد توسعه‌ فناوری‌های نانو و میکرو با حضور متخصصان این حوزه برگزار شد. در این جلسه، دانشجویان فعال در این حوزه‌های فناورانه به سخنرانی و ارائه فناوری‌های نوین در حوزه نانو پرداختند.

شناسایی میکروپلاستیک در آب دریا با تفاله چای
میلاد نظافتی، کارشناس ارشد شیمی پلیمر دانشگاه شهید بهشتی: پلاستیک‌ها بر اثر نور خورشید و شرایط محیطی، ریز شده و تبدیل به موادی موسوم به میکروپلاستیک می‌شوند. این میکروپلاستیک‌ها با ورود به آب دریا، این آب‌ها را بیمار می‌کنند که من نام سرطان دریا را روی آن گذاشته ام. زمانی که ماهی‌ها و سایر آبزیان، این میکروپلاستیک‌ها را می‌خورند، در بدن آنها باقی مانده و وقتی ما از ماهی‌ها تغذیه می‌کنیم، وارد بدن ما می‌شود و چون قادر به هضم آنها نیستیم، مشکل آفرین می‌شود. این میکروپلاستیک‌ها در بدن ما باعث ایجاد بیماری‌های متعددی می‌شوند که یکی از آنها سرطان ریه است. دو راه شناسایی و درمان در مسیر درمان سرطان اهمیت دارند. راه اول شناسایی بیماری است که معمولا از رادیوداروها استفاده می‌شود که هزینه بالایی دارد. یک راه ساده‌تر استفاده از چای است که یکی از منابع غنی کربن است. از تفاله چای می‌توان ماده‌ای استخراج کرد که امسال برنده جایزه نوبل شیمی شد. «کربن کوانتوم دات»، ماده‌ای با ابعاد حدود 10 نانومتر با ویژگی‌های خاص است. برای تهیه این دارو، تفاله چای با قرار گرفتن در دستگاه «اوتوکلاو» در دما و فشار مشخصی واکنش داده و گروه‌های عاملی مدنظر را ایجاد می‌کند. یکی از ویژگی‌های کربن کوانتوم دات، جذب و انتشار نور UV است. وقتی این دارو را در تماس با آب دریای حاوی میکروپلاستیک قرار می‌دهیم و نور UV به آن می‌تابانیم، این ماده درخشان شده و می‌توان تشخیص داد که در کدام آب میکروپلاستیک وجود دارد. درواقع، کربن کوانتوم دات با میکروپلاستیک واکنش داده و حتی می‌توان از روی تغییر میزان شدت نور تعیین کرد که چه مقدار میکروپلاستیک داخل محلول وجود دارد. گام دوم، درمان است. داروی مورد نیاز در این مرحله یک پلیمر طبیعی است که وقتی در تماس با آب یا محلول حاوی کربن کوانتوم دات و میکروپلاستیک قرار می‌گیرد، پس از حدود نیم ساعت و بدون نیاز به دما و فشار خاصی، تغییر رنگ داده و ابتدا قهوه‌ای و سپس سیاه رنگ می‌شود. در آزمایش‌ها مشخص شد که این ماده تا 99 درصد میکروپلاستیکی را که در محلول اولیه وجود داشته، به خود جذب می‌کند. این گونه توانستیم یک درمان مناسب برای یک بیماری غیرانسانی پیدا کنیم.

تولید نانوسلولز میلیارد تومانی از مزارع کلزا

آرمین جمالی، دکتری کامپوزیت‌های لینگوسازی دانشگاه گرگان: محصولی که از گیاه کلزا استخراج می‌شود، روغن کلزاست که ارزش غذایی بالایی دارد اما 90 درصد آن در کشور، وارداتی است. کشاورزان در فصل برداشت این گیاه با ساقه یا پسماند حاصل از این گیاه دچار مشکل می‌شوند. این پسماندها عملا خوراک دام هم نمی‌شود، بنابراین مجبورند این پسماندها را آتش بزنند که آلودگی‌های فراوانی را به دنبال دارد. از آنجایی که 200 هزار هکتار زمین کلزا در کشور داریم، به لحاظ وزنی، این مقدار معادل 60 هزار هکتار جنگل است، درنتیجه، سالانه یک جنگل به وسعت شهر تهران را آتش می‌زنیم. فناوری نانو این چالش را حل کرده به‌ گونه‌ای ‌که فرآیند سنتزی را انجام می‌دهیم که نانوبیو مواد هایتک را از این پسماندها استخراج می‌کنیم که در این فرآیند، در هر مرحله به موادی با کاربردهای متعدد دست پیدا می‌کنیم. در مرحله اول باید ساقه کلزا را تبدیل به خرده یا چیپس کنیم که در تولید نئوپان به کار می‌رود. مرحله بعدی، تبدیل این چیپس به خمیر قهوه‌ای است که در ‌ام دی اف به کار می‌رود. در مرحله بعد که رنگبری است، این خمیر را به خمیر سفید یا میکروالیاف سلولزی تبدیل می‌کنیم که در فرآیند کاغذسازی کاربرد دارد. در مرحله بعد سنتز نیز با خمیر قهوه‌ای و سفید با روش‌های مختلف، نانومواد را سنتز می‌کنیم به‌طوری‌که از خمیر قهوه‌ای، نانوالیاف «لیگنوسلولز» را سنتز می‌کنیم که در تولید فیلتر سیگار و قلیان به کار می‌رود. نانوماده دیگری که از خمیر سفید استخراج می‌شود، نانوفیبر سلولز مکانیکی است. محصولی که با این نانوفیبر تولید شده، نانو ماسک N95 و N99 است. نانومواد بعدی، ژل نانوفیبر سلولز است که به روش «تمپو» به دست می‌آید که در تولید کوچک‌ترین فیلتر آب قابل حمل دنیاست که قرار است تا سال آینده روانه بازار شود. در انتها نیز نانوکریستال سلولز است که از خمیر سفید سنتز می‌شود که کاربردهای مختلفی به‌ویژه در حوزه پزشکی دارد. بخشی از کاربردهای صنعتی این نانوماده، شامل استفاده از نانوالیاف در کاپوت و درهای خودروی اسپرت نیسان است که علاوه‌بر افزایش مقاومت مکانیکی، باعث کاهش وزن خودرو شد که مزیت خوبی برای خودروهای مسابقه محسوب می‌شود. در صنایع غذایی نیز در برخی آبمیوه‌ها از تکه‌های نانوسلولز استفاده می‌شود که با تکه‌های میوه اشتباه گرفته می‌شود. برای اثبات اینکه مزارع کلزا به‌عنوان معدن طلای گمشده است، باید توجه داشت که هر هکتار زمین کلزا معادل 3 تن ساقه می‌دهد که این مقدار، 1.2 تن نانوسلولز به ما می‌دهد. با در نظر گرفتن اینکه نانوسلولز کیلویی 2 میلیون و 500 هزار تومان فروش می‌رود، هر هکتار زمین حدود 3 میلیارد تومان نانوسلولز به ما می‌دهد. با توجه به 200 هزار هکتار زمین زیر کشت کلزا در کشور، چیزی حدود 600 هزار میلیارد نانوسلولز از مزارع کلزا قابل استخراج است که عملا همه آنها سوزانده می‌شود.

درمان بیماری‌های قلبی با نانولوله‌ها

سیده‌زهرا موسوی، کارشناس شیمی کاربردی دانشگاه فردوسی مشهد:حدود 33 درصد (یک‌سوم) مرگ‌ومیرها در دنیا بیماری‌های قلبی است به‌طوری که در سال 2019 بیش از 18 میلیون نفر در جهان بر اثر بیماری‌های قلبی جان باختند. در ایران هم این آمار به 41 درصد می‌رسد که حدود نیمی از علت مرگ‌ومیرها را تشکیل می‌دهد. آریتمی‌های قلبی یکی از علل بروز بیماری‌های قلبی به شمار می‌روند که اغلب با ضربان‌سازها و داروها درمان می‌شود. اما مشکلی که در استفاده از ضربان‌سازها مطرح می‌شود، این است که تنها می‌تواند مشکلات مربوط به تعداد و ریتم چرخه‌های ضربانی را درمان کند و قادر به درمان مشکلات عدم‌هدایت ضربان‌ها نیست. از آنجایی که بافت قلبی قابلیت خودترمیمی ندارد باید به فکر قطعه جایگزینی باشیم که بتواند جریان خون را عبور دهد و مانع از تپش قلب شود. نانولوله‌های کربنی می‌توانند این توانایی را برای ما ایجاد کند. نانولوله‌های کربنی ساختارهای شش‌ضلعی از اتم‌های کربن هستند که به شکل یک استوانه توخالی درآمده‌اند. با اینکه 25 سال از کشف این ماده می‌گذرد، اما با توجه به خواص خاص فیزیکی و شیمیایی که دارند به ماده کلیدی قرن 21 تبدیل شده‌اند. این مواد در برابر هر گونه تغییر شیمیایی مقاومت می‌کنند و با توجه به اینکه 400 برابر فولاد استحکام دارند، تنها یک‌ششم وزن فولاد وزن داشته و بالاترین مقاومت کششی را دارند. نانولوله‌ها برحسب اینکه چگونه لوله شوند، می‌توانند طیفی از رسانایی را از ابررسانایی گرفته تا نیمه‌رسانایی را برای ما فراهم کنند. محققان آمریکایی از نانولوله‌ها، نخ‌هایی با قطر معادل یک‌چهارم قطر موی انسان تولید کردند و بخش خارجی آن را با یک پوشش پلیمری پوشاندند تا سازگار با بدن انسان باشد. آنها در قسمت‌هایی که در قلب اسکار ایجاد شده، با استفاده از نخ‌های تولید شده قلب نمونه‌های حیوانی را دوختند و ضربان‌سازی را نیز در بدن آنها قرار دادند. بعد از مدتی، ضربان‌ساز را برداشتند و متوجه شدند که این نانولوله‌ها به تنهایی هم ضربان قلب را تنظیم می‌کند و هم جریان خون را خیلی خوب منتقل می‌کند. جریان خون در قلب انسان توسط گره‌های سینوسی و دهلیزی ایجاد می‌شود. این جریان توسط رشته‌های عصبی داخل بافت پراکنده می‌شود. در بافت سالم مشکلی ایجاد نمی‌شود و قلب به‌طور عادی خون را پمپاژ می‌کند. اما در قسمتی که زخم یا اسکار وجود دارد، نانولوله‌ها این کار را انجام می‌دهند. این مواد جریان خون را منتقل کرده و باعث می‌شود سلول‌ها منقبض و منبسط شوند و کارایی قلب را تا حد زیادی بازمی‌گردانند.

جذب دی‌اکسید کربن هوا با نانومواد «مکسین»

سنا قوامی، کارشناسی پرستاری دانشگاه علوم پزشکی کردستان: گاز دی‌اکسید کربن به‌دلیل افزایش روزافزون و نقش گلخانه‌ای که دارد و نیز ارتباط خطی با دیگر گروه‌های آلاینده، نقش مخربی را در گرمایش دمای کره‌زمین ایفا می‌کند. با توجه به پیشرفت فناوری در دنیای امروز، محققان به فناوری جداسازی دی‌اکسید کربن از هوا دست پیدا کرده‌اند که با روش‌های نانوتکنولوژی انجام می‌شود. در دو دهه اخیر نانومواد جدیدی به نام نانومواد «مکسین» عرضه شده‌اند که نانوموادی با ساختارهای دوبعدی هستند. نازک‌تر از یک دستمال کاغذی است. این نانومواد خواص فوق‌العاده‌ای داشته و کاربردهای بسیار جالبی را در اختیار ما قرار می‌دهد. از خواص شیمیایی نانومواد مکسین، می‌توان به سه ویژگی سطح ویژه بالا، کانال‌های انتقال الکترونی و ساختارهای باز و متخلخل اشاره کرد. سطح ویژه بالا به این معناست که مساحت به اندازه‌ای افزایش پیدا کرده تا مقدار هوای لازم از صفحه‌ها عبور داده شود. خواص بعدی این نانومواد، خواص الکتریکی آن هستند. این مواد به‌دلیل ساختار متخلخلی که دارند، بستر مطلوبی برای جذب دی‌اکسید کربن دارند و مواد جاذب نانو، آنها را جذب می‌کند. از دیگر ویژگی‌های جالب نانومواد مکسین این است که به‌وسیله یک‌سری واکنش‌های پیچیده، دی‌اکسید کربن را از هوا گرفته و به سوخت‌های فسیلی تبدیل می‌کند. در ادامه می‌توان به این نکته اشاره کرد که سه راهکار و روش اساسی برای رشد و ساخت جنگل‌های مصنوعی وجود دارد که این روش‌ها برای جذب دی‌اکسید کربن به‌وسیله نانوصفحات مکسین وجود دارد. روش اول، جذب پیش از احتراق است. در این روش پیش از اینکه احتراق صورت گیرد، سوخت از نانوصفحات عبور داده می‌شود تا کربن آن جذب شده و از تولید دی‌اکسید کربن جلوگیری شود. روش دوم، جذب پس از احتراق است که گازهای تولیدی حاصل از احتراق از صفحات مکسینی عبور داده می‌شود تا دی‌اکسید کربن آن جذب شود. روش سوم نیز روش تسخیر مستقیم هواست که طی آن، به‌وسیله یک‌سری دستگاه‌های مکنده غول‌پیکر، هوای محیط مکیده شده و دی‌اکسید کربن آن جدا می‌شود که این روش، هزینه‌ای سه برابر سایر روش‌ها دارد.

ترمیم بافت آسیب‌دیده با اگزوزوم تراپی

سیده‌سمیرا حسینی، کارشناس زیست‌شناسی سلولی و مولکولی دانشگاه فردوسی: پزشکی بازساختی به کمک نانوذراتی موسوم به «اگزوزوم» در دنیا به‌عنوان جدیدترین درمان زخم‌های شدید شناخته می‌شود که به آن اگزوزوم‌تراپی هم می‌گویند. سلول‌های بنیادی در دوران جنینی تغییر کرده، تکثیر شده و تبدیل به بافت‌های بدن انسان می‌شوند. این سلول‌ها هنوز هم در بدن ما وجود دارند. زمانی که سلول‌های یک بخش از بدن دچار آسیب می‌شوند، سلول‌های بنیادی آن ناحیه شروع به فعالیت کرده و در قالب بسته‌هایی موسوم به اگزوزوم به‌ سلول‌ها دستور می‌دهند بافت جدید تولید کنند. اگزوزوم‌ها، نانوذراتی به قطر 100 نانومتر هستند که از سلول جدا می‌شوند. اگزوزوم‌ها، غشاهای لیپیدی هستند که می‌توانند محتوای درون‌شان را از عوامل محیطی مخرب حفظ کنند. یک سلول برای بازسازی نیاز به پروتئین دارد که یا خود سلول، آن را می‌سازد یا از سلول‌های اطراف برای ساخت پروتئین کمک می‌گیرد. اگزوزوم‌ها همان کمکی هستند که از سایر سلول‌ها رسیده‌اند. اگزوزوم‌ها ویژگی‌های مختلفی دارند. نخست اینکه در بدن و خون پایداری بالایی دارند که باعث می‌شود به‌عنوان یک دارورسان، راندمان دارورسانی را بالا می‌برند. دومین ویژگی این است که زیست سازگاری بالایی دارند و سومین و مهم‌ترین ویژگی هم این است که قادرند از سد خونی مغزی عبور کنند و به درمان بیماری‌های عصبی مانند ‌ام‌اس و پارکینسون کمک کنند. چهارمین ویژگی اگزوزوم‌ها هم این است که یک غشای لیپیدی دارند که هر محتوایی که درون آنها باشد، می‌تواند از عوامل محیطی مخربی که وجود دارد، حفظ کند. ویژگی پنجم اگزوزوم‌ها قابل دسترس بودن آنهاست و هر کدام از انسان‌ها به‌تنهایی یک کارخانه تولید اگزوزوم هستند؛ چراکه در تمام مایعات بدن از اشک و بزاق گرفته تا خون، مایع مغزی نخاعی، ادرار و حتی شیر هم یافت می‌شود. هر کدام بسته به جایگاهی که دارند، ویژگی‌های متفاوتی دارند که باعث می‌شود کاربردهای متفاوتی هم داشته باشند. درواقع اگزوزوم تراپی با ویژگی‌هایی که دارند قادرند در آینده پزشکی تحول ایجاد کرده و در شاخه‌های مختلف پزشکی از‌جمله تشخیص بیماری، ساخت دارو و واکسن هم کاربرد داشته باشند.