مواد هیبریدی جدید، عناصر کمیاب را بدون مواد شیمیایی مضر جدا می‌کنند

عناصر خاکی کمیاب (REEs) برای فناوری‌های روزمره مانند تلفن‌های هوشمند، چراغ‌های LED، توربین‌های بادی و بسیاری از کاربردهای پزشکی ضروری هستند.

 در عین حال، زنجیره‌های تأمین به دلیل تمرکز جغرافیایی تولید تحت فشار هستند و زباله‌های الکترونیکی در سراسر جهان در حال افزایش است.

یکی از چالش‌های استخراج عناصر کمیاب خاکی این است که آنها فقط در مقادیر کم وجود دارند و از نظر شیمیایی تقریباً یکسان رفتار می‌کنند. این امر جداسازی آنها به صورت جداگانه را به یک چالش فنی بزرگ تبدیل می‌کند.

یک محقق دکترا در دانشگاه هلسینکی مجموعه‌ای از مواد هیبریدی جدید را توسعه داده است که می‌توانند عناصر کمیاب خاکی را به صورت انتخابی از یکدیگر جدا کنند.

 این مواد یک جزء آلی (آمینوفسفونات‌ها) را با یک چارچوب اکسید زیرکونیوم معدنی ترکیب می‌کنند.

مواد هیبریدی جامد می‌توانند به صورت انتخابی به هم متصل شوند و بین عناصر کمیاب خاکی مشابه از نظر شیمیایی تمایز قائل شوند، بدون اینکه در مراحل اولیه جداسازی به مواد شیمیایی خشن یا خطرناک متکی باشند و جایگزینی پاک‌تر و ایمن‌تر برای روش‌های سنتی ارائه دهند.

اقتصاد چرخشی و تأمین امنیت

مواد جدید تحت شرایط رادیوشیمیایی عملکرد قابل اعتمادی دارند. این بدان معناست که آنها به طور منحصر به فردی برای تولید رادیونوکلئیدهای مهم پزشکی مناسب هستند، حوزه‌ای که با افزایش تقاضای جهانی برای رادیونوکلئیدهای پزشکی، اهمیت روزافزونی پیدا می‌کند.

اوتاکی خاطرنشان می‌کند: "جداسازی سنتی عناصر کمیاب خاکی به استخراج حلال فشرده و در مقیاس بزرگ متکی است که ضایعات شیمیایی مایع قابل توجهی تولید می‌کند."

با مواد جدید، عناصر کمیاب خاکی همچنین می‌توانند از بخش‌های زباله الکترونیکی پیش‌فرآوری شده تصفیه شوند، نه اینکه صرفاً به استخراج جدید متکی باشند.

اوتاکی می‌گوید: "این امر تأمین امنیت را تقویت می‌کند، از اقتصاد چرخشی پشتیبانی می‌کند و به توسعه فناوری‌های انرژی پاک‌تر و کاربردهای پزشکی پیشرفته کمک می‌کند."

 

تاریخ:1405/3/31

مهسا نعمتی

حسگر تناسب اندام وقتی به حداکثر توانایی خود برسید، هشدار می‌دهد

نانومواد فوق نازک، که به عنوان MXenes شناخته می‌شوند، آماده‌اند تا با تجزیه و تحلیل عرق، نظارت بر سلامت فرد را آسان‌تر کنند.

در حالی که MXenes ماهیت دوبعدی مشابهی با گرافن دارند، از فلزات غیرسمی مانند تیتانیوم در ترکیب با اتم‌های کربن یا نیتروژن تشکیل شده‌اند.

 MXenes با رسانایی طبیعی بالا و بارهای سطحی قوی، کاندیداهای جذابی برای حسگرهای زیستی هستند که می‌توانند تغییرات کوچک در غلظت‌های شیمیایی را تشخیص دهند.

در سال ۲۰۱۹، گروه حسام الشریف یک الکترود کامپوزیت MXene را توسعه دادند که آن را در یک حسگر بازوبند پوشیدنی محصور کردند.

 این دستگاه که دارای طراحی مدولار بود و از درج‌های MXene پر از آنزیم‌های مناسب استفاده می‌کرد، می‌توانست عرق را جذب کند و چندین آنالیت(گونه شیمیایی) را در عرق انسان، از جمله گلوکز و اسید لاکتیک، تشخیص دهد.

الشریف و همکارانش، با همکاری تیم تحقیقاتی ساهیکا اینال، اخیراً سعی کردند ورق‌های MXene را با هیدروژل‌ها پلیمرهای پر از آب که با بافت انسان سازگار هستند زیرا قادر به کشش هستند، ترکیب کنند.

نکته جالب توجه این بود که تیم تحقیقاتی دریافت که سطوح بالای یون‌های متحرک در هیدروژل، حساسیت شدیدی به فشار مکانیکی ایجاد شده در حین ورزش ایجاد می‌کند.

الشریف توضیح می‌دهد: «در ابتدا ورق‌های MXene به‌طور تصادفی در داخل هیدروژل قرار می‌گیرند، اما زمانی که به آن‌ها فشار وارد می‌کنید، ورقه‌ها بیشتر به صورت افقی قرار می‌گیرند.

از آنجایی که MXen ها دارای غلظت بالایی از بارهای منفی بر روی سطوح خود هستند، آرایش افقی به شدت بر حرکات یونی درون هیدروژل تأثیر می‌گذارد و بنابراین ما می‌توانیم سطوح مختلف تغییر فشار را اندازه گیری کنیم.

نمونه اولیه حسگر پوشیدنی، که با ترکیب جدید MXene-hydrogel ساخته شده بود، قادر به ردیابی حرکت عضلات با تولید الگوهای مقاومت الکتریکی متمایز با افزایش استرس مکانیکی بود.

 این الگوها به نوبه خود هنگامی که حسگر در معرض یون های اضافی به شکل محلول های اسیدی یا بازی قرار گرفت، بلافاصله تغییر کردند.

این امر باعث شد تیم کاست متوجه شود که دستگاه آنها می‌تواند برای مرتبط کردن تغییرات pH در عرق با تجمع اسید ناشی از خستگی در سلول‌های عضلانی مورد استفاده قرار گیرد.

کانگ لی، دانشجوی فوق دکترای سابق KAUST و نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: «وقتی ورزش می‌کنیم و عضلاتمان خسته می‌شوند، حسگر محیط شیمیایی جدید را می‌بیند و منحنی‌های مقاومت الکتریکی متفاوتی در برابر استرس تولید می‌کند.»

 «با مقایسه این منحنی‌ها با منحنی‌های مرجع برای یک حسگر مشخص، می‌توانیم pH عرق و میزان خستگی عضله را تعیین کنیم.»

با اتصال بلوتوث به دستگاه‌های دیجیتال مجاور، حسگر مبتنی بر MXene می‌تواند برای ورزشکارانی که به دنبال اندازه‌گیری عملکرد در زمان واقعی هستند، پس از بهینه‌سازی فناوری، ارزشمند باشد.

 الشریف می‌گوید: «جدی‌ترین چالش، پایداری بلندمدت حسگر است، بنابراین ما در آزمایش‌های آینده به دنبال تغییر ترکیبات و طرح‌ها هستیم.»

 

تاریخ:1405/3/17

مهسا نعمتی

به زودی می توانید آب آشامیدنی نانویی بنوشید

نانوتکنولوژی به سرعت در حال آمیختگی با تمام رشته های جامعه بشری از پزشکی گرفته تا پوشاک است.

حتی، بسیاری از مصرف کنندگان ممکن است متوجه این موضوع نشده باشند، اما به نظر می‌آید به زودی مواد غذایی یا حتی آب با مهندسی نانو، مصرف کنند.

آب مهندسی شده با نانو، یا هیدروزوم ها، شبیه آب معمولی هستند، اما مولکول های آنها حدود 1/10 اندازه خوشه های آب عادی کوچکتر هستند.

چون که آنها کوچکتر هستند، تصور می شود که بدن به راحتی آب و مواد مغذی را به سلول ها جذب می کند.

هیدروزوم یک مکانیسم انتقال مواد مغذی نانو است که دو عملکرد دارد: ابتدا مواد مغذی را به بدن می‌رساند که به راحتی قابل جذب و استفاده است. دوم، حداکثر هیدراتاسیون را در سطح سلولی ارائه می‌دهد.

الکترولیت های موجود در یک نوشیدنی انرژی زا یا سلامتی معمولی یک تا دو ساعت طول می کشد تا به طور کامل وارد سلول های بدن شوند. از سوی دیگر، ذرات مهندسی شده نانو به طور چشمگیراین فرآیند را تسریع می کنند تا بدن مواد مغذی مورد نیاز را دریافت کند.

جدای از توضیع سریع، این نانوذرات ممکن است قابلیت واقعی مواد مغذی را بهبود بخشند.

از آنجایی که بدن می‌تواند مواد مغذی را بسیار سریع‌تر جذب کند، این تئوری وجود دارد که آنها می‌توانند عملکردهای خود را با کارایی بیشتری انجام دهند.

این اصل برای افرادی که تحت استرس زیادی هستند، مشکلات گوارشی دارند یا خستگی دارند مفید است.

 ازآنجایی که نانوذرات مواد مغذی را سریع‌تر از حد معمول به سلول‌ها می‌رسانند، بدن نیز به راحتی آنها را تجزیه می‌کند و در این فرآیند دوباره انرژی می‌گیرد.

نانوذرات تنها در آب یا نوشیدنی های انرژی زا یافت نمی شوند بلکه مواد نانو مهندسی قبلاً در تعدادی از محصولات غذایی معمولی، مکمل‌های بهداشتی و لوازم آرایشی اضافه شده‌اند.

به عنوان مثال، تولید کنندگان مواد غذایی از دی اکسید تیتانیوم برای ایجاد رنگ سفیدتر ماست، شیر و سایر محصولات لبنی استفاده می کنند.

سایر محصولاتی که نانوذرات در آنها وجود دارد عبارتند از: غلات، شکلات، پاستا، سس سالاد و غیره.

شرکت های بیشتری از ذرات نانو مهندسی در محصولات خود استفاده می کنند و این خبر خوبی برای مردم است زیرا بدن می تواند مواد مغذی را راحت تر جذب کند.

 

تاریخ: 1403/6/25

مهسا نعمتی