ფიზიკოსები: ნანონაწილაკებმა მცენარე ასაფეთქებელ დეტექტორად აქციეს
MIT-ის მეცნიერებმა შექმნეს ნანონაწილაკები, რომლებიც ჩვეულებრივ ისპანახს გარდაქმნიან მაღალმგრძნობიარე ასაფეთქებელ დეტექტორად, რომელსაც შეუძლია რამდენიმე ასაფეთქებელი ნივთიერების პოვნა და მიღებული „აგენტურული მონაცემების“ გადაცემა უსადენო კავშირის ოპერატორისთვის.
მოსკოვი, 1 ნოემბერი – რია ნოვოსტი. MIT-ის მეცნიერებმა შექმნეს ნანონაწილაკები, რომლებიც ჩვეულებრივ ისპანახს გარდაქმნიან მაღალმგრძნობიარე ასაფეთქებელ დეტექტორად, რომელსაც შეუძლია რამდენიმე ასაფეთქებელი ნივთიერების პოვნა და მიღებული „აგენტურული მონაცემების“ გადაცემა უსადენო კავშირის ოპერატორისთვის, ნათქვამია ჟურნალში „Nature Materials“ გამოქვეყნებულ სტატიაში.
„მცენარეები ძალიან კარგი ანალიტიკოსები და ქიმიკოსები არიან. მათ აქვთ ფართო ფესვთა სისტემა ნიადაგში. ისინი მუდმივად აწარმოებენ ნიადაგში წყლის შემადგენლობის აზომვას და მონახეს ამ წყლის პირდაპირ ფოთლებში ტრანსპორტირების გზა. თუ შევძლებთ პირდაპირ ამ სასიგნალო ჯაჭვებში „დანერგვას“, ჩვენ მივიღებთ წვდომას ქიმიური „სადაზვერვო მონაცემების“ მთელ არსენალზე, - ამბობს მაიკლ სტრანო (Michael Strano) მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტიდან კემბრიჯში (აშშ).
სტრანოს თქმით, მისმა გუნდმა შეძლო „მცენარეული ნანობიონიკური ორგანიზმის“ ერთ-ერთი პირველი ნიმუშის შექმნა - ელექტრონული სისტემის ინტეგრირება მცენარეულ ორგანიზმში, მისი ფუნქციების მოდიფიცირება და მონაცემების გადაცემა გარე სამყაროში.
რამდენიმე წლის წინ სტრანომ და მისმა კოლეგებმა ისწავლეს ჩვეულებრივი ნახშირბადის ნანომილაკების შეყვანა მცენარეთა ფოთლებში ისე, რომ მათ უჯრედებს ზიანს არ აყენებდნენ. ნანონაწილაკებს უერთდებდნენ იშვიათმიწიან მეტალს ცერიუმს და აკრილის მჟავას. მსგავსი კონსტრუქცია, როგორც პირველმა ექსპერიმენტებმა აჩვენეს, თითქმის სამჯერ ზრდის ფოტოსინთეზის ეფექტურობას და იძლევა ნანომილაკების გამოყენების საშუალებას სხვადასხვა მოლეკულის დეტექტორად.
როგორ მუშაობს ასეთი დეტექტორები? ნანომილაკების ერთ-ერთი გამორჩეული თვისებაა ის, რომ ისინი ფლუორესცირებენ, შთანთქავენ ხილულ სინათლეს და ხელახლა ასხივებენ მას ინფრაწითელი გამოსხივების ტალღების სახით. წარსულში სტრანოს გუნდის ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ნანომილაკების ფლუორესცენტობის ბუნება იცვლება, თუ მათში აღმოჩნდება გარკვეული სახის მოლეკულები, მაგალითად, აზოტის ოქსიდი, გამოსაბოლქვი აირების ერთ-ერთი ყველაზე მავნე კომპონენტი.
ამ იდეის გათვალისწინებით, მეცნიერებმა შეიმუშავეს ნანომილაკების რამდენიმე ვარიანტი, რომლებსაც შეუძლიათ მოლეკულების ძალიან მცირე კონცენტრაციის დეტექტირება, რომლებიც შედიან ნიტრატების საფუძველზე შექმნილ ასაფეთქებელ ნივთიერებებში. მათ რიცხვს ეკუთვნის ყველა საბრძოლო ან თვითნაკეთი ტიპის ასაფეთქებელი ნივთიერებები.
ასეთი ნანონაწილაკები, სხვადასხვა სახის ნანომილაკებთან ერთად, მეცნიერებმა შეიყვანეს ჩვეულებრივი ისპანახის ფოთლებში, უბრალოდ მეორე მხრიდან შეღებეს ნანონაწილაკების ხსნარით. გარკვეული დროის შემდეგ ნანომილაკები შეიწოვა ფოთლების ქსოვილმა და მათ დაიმკვიდრეს ადგილი ფოთლის ზედაპირსა და ფოტოსინთეზურ უჯრედებს შორის.
მეორე ტიპის ნანომილაკები მნიშვნელოვან როლს ასრულებდნენ მოწყობილობის მუშაობაში - ის მუდმივად ანათებდა და წარმოადგენდა ერთგვარ ინდიკატორს იმისა, რომ დეტექტორი მუშაობს, და ეხმარებოდა მეცნიერებს განესხვავებინათ სიგნალი ასაფეთქებელი ნივთიერებების არსებობის შესახებ შემთხვევითი თერმული ალუქტუაციების შედეგად.
სიგნალი „დამცავი“ მცენარიდან კითხულობდა სენსორს, რომელიც განთავსებილი იყო ისპანახი ბუჩქთან და აკვირდებოდა მას ინფრაწითელი კამერის გამოყენებით. მონაცემები ამ სენსორიდან თავისუფლად შეიძლება გადაეცეს უსაფრთხოების სამსახურის სმარტფონებსა ან კომპიუტერებს უკაბელო კავშირის საშუალებით.
როგორც მეცნიერი განმარტავს, მცენარეთა ასეთი ნანო-მოდიფიკაცია შეიძლება განხორციელდეს არა მხოლოდ ისპანახზე, არამედ მცენარეთა სხვა სახეობებზეც, ასწავლონ მათ „ყნოსვით“ არა მხოლოდ ასაფეთქებელი ნივთიერებების, არამედ ქიმიური ნივთიერებების მრავალი სხვა სახეობის აღმოჩენა. ახლა მცენარეს შეუძლია მის არეალში ასაფეთქებელი ნივთიერებების გამოჩენიდან დაახლოებით 10 წუთის შემდეგ აღმოაჩინოს ისი. თუმცა, სტრანოს თქმით, ეს პროცესი შეიძლება რამდენჯერმე დაჩქარდეს, თუ ნანონაწილაკები მოათავსებენ სიგნალის გაცვლის სისტემაში მცენარეთა უჯრედებში.
ეორეს მხრივ, 10 წუთიც კი საკმარისი უნდა იყოს პრინციპში, რომ გამოავლინონ პოტენციური ტერორისტები აეროპორტებში ან ადამიანების კონცენტრაციის ადგილებში, რადგან მცენარე, ძაღლებისგან ან ქიმიური სენსორებისგან განსხვავებით, მუდმივად მუშაობს და აქვს ბევრად უფრო მაღალი მგრძნობელობა.
MIT-ის მეცნიერებმა შექმნეს ნანონაწილაკები, რომლებიც ჩვეულებრივ ისპანახს გარდაქმნიან მაღალმგრძნობიარე ასაფეთქებელ დეტექტორად, რომელსაც შეუძლია რამდენიმე ასაფეთქებელი ნივთიერების პოვნა და მიღებული „აგენტურული მონაცემების“ გადაცემა უსადენო კავშირის ოპერატორისთვის.
მოსკოვი, 1 ნოემბერი – რია ნოვოსტი. MIT-ის მეცნიერებმა შექმნეს ნანონაწილაკები, რომლებიც ჩვეულებრივ ისპანახს გარდაქმნიან მაღალმგრძნობიარე ასაფეთქებელ დეტექტორად, რომელსაც შეუძლია რამდენიმე ასაფეთქებელი ნივთიერების პოვნა და მიღებული „აგენტურული მონაცემების“ გადაცემა უსადენო კავშირის ოპერატორისთვის, ნათქვამია ჟურნალში „Nature Materials“ გამოქვეყნებულ სტატიაში.
„მცენარეები ძალიან კარგი ანალიტიკოსები და ქიმიკოსები არიან. მათ აქვთ ფართო ფესვთა სისტემა ნიადაგში. ისინი მუდმივად აწარმოებენ ნიადაგში წყლის შემადგენლობის აზომვას და მონახეს ამ წყლის პირდაპირ ფოთლებში ტრანსპორტირების გზა. თუ შევძლებთ პირდაპირ ამ სასიგნალო ჯაჭვებში „დანერგვას“, ჩვენ მივიღებთ წვდომას ქიმიური „სადაზვერვო მონაცემების“ მთელ არსენალზე, - ამბობს მაიკლ სტრანო (Michael Strano) მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტიდან კემბრიჯში (აშშ).
სტრანოს თქმით, მისმა გუნდმა შეძლო „მცენარეული ნანობიონიკური ორგანიზმის“ ერთ-ერთი პირველი ნიმუშის შექმნა - ელექტრონული სისტემის ინტეგრირება მცენარეულ ორგანიზმში, მისი ფუნქციების მოდიფიცირება და მონაცემების გადაცემა გარე სამყაროში.
რამდენიმე წლის წინ სტრანომ და მისმა კოლეგებმა ისწავლეს ჩვეულებრივი ნახშირბადის ნანომილაკების შეყვანა მცენარეთა ფოთლებში ისე, რომ მათ უჯრედებს ზიანს არ აყენებდნენ. ნანონაწილაკებს უერთდებდნენ იშვიათმიწიან მეტალს ცერიუმს და აკრილის მჟავას. მსგავსი კონსტრუქცია, როგორც პირველმა ექსპერიმენტებმა აჩვენეს, თითქმის სამჯერ ზრდის ფოტოსინთეზის ეფექტურობას და იძლევა ნანომილაკების გამოყენების საშუალებას სხვადასხვა მოლეკულის დეტექტორად.
როგორ მუშაობს ასეთი დეტექტორები? ნანომილაკების ერთ-ერთი გამორჩეული თვისებაა ის, რომ ისინი ფლუორესცირებენ, შთანთქავენ ხილულ სინათლეს და ხელახლა ასხივებენ მას ინფრაწითელი გამოსხივების ტალღების სახით. წარსულში სტრანოს გუნდის ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ნანომილაკების ფლუორესცენტობის ბუნება იცვლება, თუ მათში აღმოჩნდება გარკვეული სახის მოლეკულები, მაგალითად, აზოტის ოქსიდი, გამოსაბოლქვი აირების ერთ-ერთი ყველაზე მავნე კომპონენტი.
ამ იდეის გათვალისწინებით, მეცნიერებმა შეიმუშავეს ნანომილაკების რამდენიმე ვარიანტი, რომლებსაც შეუძლიათ მოლეკულების ძალიან მცირე კონცენტრაციის დეტექტირება, რომლებიც შედიან ნიტრატების საფუძველზე შექმნილ ასაფეთქებელ ნივთიერებებში. მათ რიცხვს ეკუთვნის ყველა საბრძოლო ან თვითნაკეთი ტიპის ასაფეთქებელი ნივთიერებები.
ასეთი ნანონაწილაკები, სხვადასხვა სახის ნანომილაკებთან ერთად, მეცნიერებმა შეიყვანეს ჩვეულებრივი ისპანახის ფოთლებში, უბრალოდ მეორე მხრიდან შეღებეს ნანონაწილაკების ხსნარით. გარკვეული დროის შემდეგ ნანომილაკები შეიწოვა ფოთლების ქსოვილმა და მათ დაიმკვიდრეს ადგილი ფოთლის ზედაპირსა და ფოტოსინთეზურ უჯრედებს შორის.
მეორე ტიპის ნანომილაკები მნიშვნელოვან როლს ასრულებდნენ მოწყობილობის მუშაობაში - ის მუდმივად ანათებდა და წარმოადგენდა ერთგვარ ინდიკატორს იმისა, რომ დეტექტორი მუშაობს, და ეხმარებოდა მეცნიერებს განესხვავებინათ სიგნალი ასაფეთქებელი ნივთიერებების არსებობის შესახებ შემთხვევითი თერმული ალუქტუაციების შედეგად.
სიგნალი „დამცავი“ მცენარიდან კითხულობდა სენსორს, რომელიც განთავსებილი იყო ისპანახი ბუჩქთან და აკვირდებოდა მას ინფრაწითელი კამერის გამოყენებით. მონაცემები ამ სენსორიდან თავისუფლად შეიძლება გადაეცეს უსაფრთხოების სამსახურის სმარტფონებსა ან კომპიუტერებს უკაბელო კავშირის საშუალებით.
როგორც მეცნიერი განმარტავს, მცენარეთა ასეთი ნანო-მოდიფიკაცია შეიძლება განხორციელდეს არა მხოლოდ ისპანახზე, არამედ მცენარეთა სხვა სახეობებზეც, ასწავლონ მათ „ყნოსვით“ არა მხოლოდ ასაფეთქებელი ნივთიერებების, არამედ ქიმიური ნივთიერებების მრავალი სხვა სახეობის აღმოჩენა. ახლა მცენარეს შეუძლია მის არეალში ასაფეთქებელი ნივთიერებების გამოჩენიდან დაახლოებით 10 წუთის შემდეგ აღმოაჩინოს ისი. თუმცა, სტრანოს თქმით, ეს პროცესი შეიძლება რამდენჯერმე დაჩქარდეს, თუ ნანონაწილაკები მოათავსებენ სიგნალის გაცვლის სისტემაში მცენარეთა უჯრედებში.
ეორეს მხრივ, 10 წუთიც კი საკმარისი უნდა იყოს პრინციპში, რომ გამოავლინონ პოტენციური ტერორისტები აეროპორტებში ან ადამიანების კონცენტრაციის ადგილებში, რადგან მცენარე, ძაღლებისგან ან ქიმიური სენსორებისგან განსხვავებით, მუდმივად მუშაობს და აქვს ბევრად უფრო მაღალი მგრძნობელობა.
Комментариев нет:
Отправить комментарий
Will be revised