ابداع نانومواد منحصر به فرد با الهام از طبیعت

ابداع نانومواد منحصر به فرد با الهام از طبیعت

پژوهشگران آمریکایی در بررسی جدید خود تلاش نموده اند تا نانومواد منحصر به فردی را با الهام از طبیعت ابداع کنند که کاربردهای متفاوتی دارند.


به گزارش راستابلاگ به نقل از ایسنا و به نقل از نانومگزین، ابداع محصولاتی مانند چسب پارچه ای، هواپیما و سونار، با الهام از طبیعت صورت گرفته است. در ابداع چسب پارچه ای، از توانایی گیاه بابا آدم برای چسبیدن به لباس تقلید شده است. پرندگان درحال پرواز، انگیزه ابداع هواپیماها بودند. خفاش ها از پژواک برای جهت یابی استفاده می نمایند و توانستند الهام بخشی برای ابداع سونار باشند.
"چون لانگ چن"(Chun-Long Chen)، پژوهشگر "آزمایشگاه ملی شمال غربی پاسیفیک"(PNNL) در آمریکا نیز به نمونه های موجود در طبیعت علاقه نشان داده است اما کار خودرا در مقیاس بزرگتری انجام می دهد. او از ساختارهای مولکولی موجود در طبیعت خصوصاً پپتیدها الهام گرفته و مولکول هایی موسوم به "پپتوئید"(Peptoid) ابداع کرده است که بسیار قویتر از ساختارهای طبیعی هستند. هدف چن، ابداع نانوموادی با عملکرد منحصر به فرد است.
این نانومواد الهام گرفته شده از طبیعت، برای کاربردهای مختلف از دارورسانی گرفته تا فناوری "فتوولتاییک"(Photovoltaics)، نویدبخش هستند. چن به همراه چند تن از کارآموزان خود، بتازگی مقاله ای را در مورد نانوموادی که با بهره گیری از پلیمرهای مصنوعی تولید شده اند، ارایه داده است. آنها امیدوارند که با کمک این مقاله، پژوهشگران سایر حوزه ها را تشویق کنند تا به بررسی در مورد طراحی نانومواد با الهام از طبیعت بپردازند که کاربردهای پیشرفته ای در حوزه انرژی، زیست پزشکی و محیط زیست دارند.
"رونالد زاکرمن"(Ronald Zuckermann)، از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: من از دستاوردهای چن دراین زمینه، بسیار الهام گرفته ام و معتقدم که وی در مرحله ابتدایی کشف کاربردهای جدید نانوساختارهای پپتوئیدی است که با الهام از طبیعت تولید شده اند. پژوهش او، عصر جدیدی از علم نانو را پدید می آورد که ما در آن می توانیم نانومواد مصنوعی را با دقت اتمی برای حل مشکلات مربوط به تشخیص مولکولی، کاتالیز و درمان، دستکاری نماییم.

کاربردهای بزرگ مواد کوچک
پژوهش چن، بر توسعه پپتوئیدها با تقلید از پروتئین های طبیعی متمرکز است. ساختارهایی که توسط این مولکول ها تشکیل می شوند، خاصیت هایی بیشتر از مولکول های انفرادی از خود نشان می دهند. بعنوان نمونه، پروتئین ها ساختار چندلایه دارند. آمینواسیدها به یکدیگر متصل می شوند تا مولکول های پپتید را تشکیل دهند که پروتئین را می سازند. پپتیدها تا می شوند تا یک ساختار سه بعدی را تشکیل دهند که امکان عملکرد پروتئین را فراهم می آورد. در سطح بعد، چندین پروتئین می توانند با هم ترکیب شوند تا مجموعه هایی را برای عملکرد منحصر به فرد فراتر از توانایی های هر پروتئین تشکیل دهند.
چن اظهار داشت: ایجاد پلیمرهای مصنوعی که خودرا در قالب نانوموادی مانند درشت مولکول های طبیعی سرهم بندی می کنند، بسیار هیجان انگیز است اما هنوز حوزه نسبتا جدیدی محسوب می شود. ما قصد داشتیم بواسطه این بررسی، تعدادی از پیشرفت های صورت گرفته برای سرهم بندی مولکولی این پلیمرهای مصنوعی را برجسته نماییم. همچنین، قصد داشتیم کاربردهای بالقوه موادی که خودرا سرهم بندی می کنند، در حوزه زیست پزشکی و انرژی تجدیدپذیر مورد بحث قرار دهیم.
احتمالات مربوط به این عملکردهای مختلف، لایتناهی هستند. این مواد تا حالا در دارورسانی، سنجش مولکولی، درمان فتودینامیک، ضدعفونی کردن آب و موارد دیگر امیدوارکننده بوده اند.
چن افزود: پروتئین ها، اطلاعات بسیاری را در بر دارند. توالی آمینواسید این پروتئین ها، ساختار و عملکرد آنها را در بدن ما تنظیم می کند. پپتوئیدی که ما ابداع کرده ایم، ایده استفاده از توالی ها در برنامه ریزی مولکول ها برای عملکردهای متفاوت را در پیش می گیرد.
وی ادامه داد: ما می توانیم از پپتوئیدها بعنوان پلتفرمی از قطعات سازنده قابل برنامه ریزی استفاده نمائیم و آنها را مانند لگوهایی جمع نماییم تا موادی با محتوای اطلاعاتی، قابلیت برنامه ریزی و پیش بینی بالا برای رفع نیازهای خود بسازیم. چالش پیش رو، به دست آوردن بینش برای این پیش بینی ها بواسطه بررسی دقیق موفقیت ها و شکست ها است.

ایجاد یک مسیر جدید برای نانومواد
نانوموادی که چن ابداع کرده است، بسیار غیرقابل پیش بینی هستند. ساخت موادی که می توانند عملکردهای مشخصی داشته باشند، دشوار است اما چن با غلبه بر چنین چالش هایی ناآشنا نیست. او هنگامی که دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد در "دانشگاه سان یات سن"(SYSU) چین بود، پژوهش در مورد طراحی و ساخت مولکول ها در ساختارهای فوق مولکولی را شروع کرد. این کار توانست راه را برای کار وی در مقطع دکترا هموار کند.
چن افزود: آزمون و خطای زیادی نه فقط در ایجاد خود مولکول ها، بلکه اطمینان یافتن از اینکه آنها می توانند ساختارهای بزرگ تر مورد نظر ما را تشکیل دهند، وجود داشت.
چن و گروهش ابتدا تصمیم گرفتند تا مولکول هایی را برای کاربردهای زیست پزشکی مانند دارورسانی و تصویربرداری بیولوژیکی ابداع کنند. سپس آنها، پژوهش های خودرا گسترش دادند و توانستند کاربردهای گسترده ای همچون ضدعفونی کردن آب و پژوهش در مورد باتری را عرضه کنند.
این پژوهش، در مجله "Chemical Reviews" به چاپ رسید.



1400/08/24
23:50:42
5.0 / 5
143
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۹ بعلاوه ۲