تحقیق در مورد سیاست نانوتکنولوژی

بخشی از مقاله

پدر درخت‌سانها در فكر مهار مولكولهايش
26 جولاي 2001- در سال 1979 توماليا دريافت كه چگونه مولكولها را شبيه درخت تركيب كند، اما تاكنون نتوانسته‌است سرمايه‌ا‌ي براي انجام كارش پيدا كند.
دونالد توماليا راهي براي كنترل مصنوعات پليمري كشف كرده‌است. درخت‌سانها همانند شاخه‌هاي يك درخت به صورت يكنواخت رشد كرده و هر بار تعداد آنها در قسمت نهايي هر شاخه دو برابر ‌شد. نتيجه اين بود كه وي قادر به توليد ماكرومولكولهايي ناب شد كه به‌نظر مي‌رسد كاربردهاي بي‌انتهايي در زمينة علم زيست‌شناسي داشته باشند.

اكنون اين شيميدان شركت شيميايي DOW مي‌گويد،كه براي تأسيس شركت جديدش در حال جذب سرمايه‌گذاران است. اين شركت بنام Dendritic Sciences در آن آربور،ميشيگان است. توماليا مي‌گويد،كه اين شركت به او كمك خواهدكرد تا به رؤياي بيست ساله‌اش كه استفاده از كشف خود (كه او از آن به درخت‌سان‌ها تعبير مي‌كند) براي هر چيزي از تحويل دارو گرفته تا ماشينهايي بسياركوچك، جامة عمل بپوشاند.

اما در حدود 9 سال پيش نيز او چنين اميدي داشت كه هرگز عملي نشد. در سال 1992 سرمايه‌گذار شركت Dendritech گفته‌بود كه مي‌خواهد درخت‌سان‌ها(dendrimers) را در مقياس تناژ بسازد- هدفي كه وسيله‌ا‌ي براي رسيدن به آن نداشت.

توماليا شاخه‌اي بي‌نظير از شيمي را يافته بود كه توانايي زيادي براي حل مسائل پيچيدة دانشمندان براي بازآفريني طبيعت داشت. درخت‌سان‌ها محصولاتي مصنوعي هستند كه در مقياس نانومتري ساخته مي‌شوند. خصوصيت بارز آنها، دقت آنهاست. توماليا و همكارانش بطور اتفاقي راهي براي ترجمه ساختارهاي شاخه‌ا‌ي همانند درختان به ساختارهاي شيميايي پيدا كردند و از اينجا نام "dendra" كه يك كلمة يوناني به معناي درخت است، مطرح شد.

توماليا مي‌گويد: "من سعي مي‌كردم تا شاخة يك درخت رادر پليمرها تقليد كنم." اهميت اين كار اينجاست كه تا آن موقع، استفاده از پليمرها كه چيزهاي طولاني مانند مولكولهاي سركش استفاده‌شده در توليد پلاستيكها، رنگها و بعضي از لباسها هستند، در جهان توليدات مصنوعي متداول شده‌بود. پليمرها خيلي نامنظمند و شامل مولكولهايي در يك محدوده از اندازه مي‌شوند.

اما توماليا راهي براي كنترل اين مصنوعات پيدا كرده‌بود. درخت‌سان‌ها بصورت يكنواخت و يك‌شكل (هربار تعداد انتهايي آنها دو برابر مي‌شود) دقيقا" شبيه شاخه‌هاي يك درخت رشد پيدا مي‌كنند و در هر دوره از رشد جرم آنها دو برابر مي‌شود.

نتيجه كار موجب پيدايش توانايي توليد دقيق مولكولهاي بزرگ، دقيق و ناب بود. كشف 1990 توماليا موجب حيرت دانشمندان شد. كاربردهاي فراوان بزرگترين درخت‌سانها كه مي‌توانند به اندازة پروتئين‌ها در سلولهاي زنده باشند، توماليا را متحير ساخت . درخت‌سانها مي‌توانند در ساخت كپسولهاي بزرگ براي تحويل دارو(Drug Delivery) يا ساخت ماشينهاي خيلي كوچك استفاده شوند.

ولي فقط يك مسأله وجود داشت كه مسأله‌اي مهم در دنياي كوچك بود. سرماية لازم براي توليد درخت‌سانها خيلي زياد بود، در نتيجه توليد آن از نظر اقتصادي به‌صرفه نبود. توماليا هنوز مي‌خواهد درخت‌سانها را در مقياس تني بسازد.

روبرت نواك- رئيس اجرايي مؤسسة (غير انتفاعي) مولكولي ميشيگان (MMI) -مي‌گويد: "توليد درخت‌سانها به‌طور باورنكردني گران است. آنها دانشمندان و شيميدانها را كه تاكنون اين ساختارها را نديده‌بودند، متحير مي‌كردند. اما ما را هم با مشكلات زيادي مواجه مي‌كردندتا بفهميم آنها براي چه مفيد هستند."
از آنجايي كه درخت‌سانها در چند مرحله توليد مي‌شوند، خيلي گرانقيمت اند.هرچه درخت‌سان بزرگتر باشد، زمان زيادتري براي رشدآنها لازم است. براي مثال براي توليد درخت‌سان نسل دهم حدود 22 واكنش شيميايي مختلف لازم دارد، كه اين امر حدود 3 ماه طول مي‌كشد و اين زمان نيز هزينه بر است .

او مي‌گويد: "شما استطاعــت مـالي انجام ژن‌درمـاني يا آمينـو سـنجي(amino assays) را نخواهيدداشت." بطور مثال نواك تخمين مي‌زند كه براي توليد هر پوند از درخت‌سان چهار پلي‌آميدوآمين (يك نام تجاري براي يك نوع محصول با امكان كاربرد در سيستم تحويل دارو) حدود 15 هزار دلار لازم است.

دكتر جيمزبيكر، رئيس آلرژي وايمني‌شناسي دانشگاه ميشيگان كارهايي روي درخت‌سانهاي مربوط به تحويل دارو انجام مي‌دهد. او مي‌گويد: "اين يك تحقيق در حال رشد است." او ادامه مي‌دهد كه اكنون بيشتر كار در يك سطح در حال تولد است: "ما ادعا نداريم كه اين موضوع يك مساله انفجارگونه است."

توماليا مصمم است، تا ثابت كند كه اين پديده يك امر مفيد است. توماليا قبل از تحصيل در دانشگاه ، از مزرعة درختي به اندازة 43590 فوت مربع نگهداري مي‌كرد. او مي‌گويد: "شاخه‌هاي درختان هميشه مرا مجذوب خود مي‌كردند. من درختان را موقعي كه نوجوان بودم رشد داده‌ام."

توماليا مي‌گويد: "من سعي مي‌كنم از شاخه‌هاي يك درخت در پليمرها تقليد كنم."
او مجذوب مولكولهاي مصنوعي شده‌است. توماليا مي‌گويد: "ما اختراعهاي ثبت‌شدة زيادي در DOW داريم." طبق گفتة توماليا، DOW آن موقع توجه نداشت كه چگونه درخت‌سانها ارزش خود را از نظر اقتصادي پيدا مي‌كنند.

توماليا مي‌گويد: "من واقعا" به اين فناوري ايمان دارم، بنابراين براي ادامة تحقيقاتم درخواست مرخصي كردم." اين تصميم، او را به سمت MMI (كه اولين پيشنهاد تجاري را به او داد) كشاند. در سال 1992 او شركت Dendritech را تأسيس كرد. Dendritech زير نظر MMI بود و از DOW جواز ساخت و فروش انواع خاصي از درخت‌سانها را داشت.

نواك مي‌گويد: "اما سال گذشته، شركت Dendritech بسته شد و DOW دارايي‌ها و امتيازات اين شركت را كه شامل سرپرستي اختراعهاي ثبت‌شدة اصلي كه مجوز آن در سال 1991 به MMI داده‌شده و نيز فناوري جديدي كه با مشاركت شركت Dendritech ساخته شده بود، را پس گرفت."
اكنون تنها فعاليت اقتصادي شركت Dendritech ، فروش يك مادة افزودني (كه به ميزان خيلي كم در جوهر چاپگر استفاده مي‌شود) مي‌باشد. نواك مي‌گويد: " هنوز دو شركت از آن ماده استفاده مي‌كنند. به‌نظر مي‌رسد كه اين ماده بعضي از خصوصيات نوشتني جوهر را (مخصوصا" در محيط خيلي مرطوب) بهبود مي‌بخشد."

توماليا تمايل ندارد با شركت Dendritech كار كند. اخيرا" نيزگفتگويي با DOW داشته‌است. توماليا مي‌گويد، اين شركت بزرگ شيميايي به او امتيازاتي براي كاربرد علمش در درخت‌سانها داده‌است. در عوض او از امتياز رويالتي آن در آينده كه براي خود قائل بود، صرف‌نظر مي‌كند. او مي‌گويد: "من از آن امتيازات صرف‌نظر مي‌كنم، در عوض آنها امتيازات ديگري به من مي‌دهند." و اين باعث مي‌شود كه اصول علوم درخت‌سانها پايه‌گذاري شود.

توماليا در كنفرانس نانوتكنولوژي در ساندياگو گفت: "ما انتظار داريم كه تا پايان امسال نخستين واحد توليدكنندة درخت‌سانها افتتاح شود."او در مورد سرماية اوليه مي‌گويد: "ما براي گرفتن چندين ميليون در حال گفتگو هستيم و احساس مي‌كنيم كه آن را بدست خواهيم‌آورد."

توماليا در طول كنفرانس در مورد كاربرد بيوپزشكي يك نوع خاص از درخت‌سانها كه همة خواص پروتئين‌ها را دارد توضيح داد. توماليا مي‌گويد: "اين فناوري واقعا" فوق‌العاده است، من بسيار هيجان زده هستم."

منبع : http://www.smalltimes.com/

فناوري مهره‌هاي كوانتومي در حال پيشرفت
27 سپتامبر 2001، پيتسبورگ- شركت Launchcyte مي‌گويد, از تصميمش براي تجاري‌كردن فناوري "مهره‌هاي كوانتومي" دانشگاه اينديانا در راستاي شتاب‌دهي به كشف دارو و تشخيص‌هاي كلينيكي، مطمئن است.
Launchcyte اولين شركت ملي است كه زمينه كارش منحصراً به تجاري‌نمودن فناوريهاي بيوانفورماتيك دانشگاهي مربوط مي‌شود، و با محققين و دانشگاه در مورد مطالعة ايجاد يك شركت تازه در مورد اين فناوري پايه، كار مي‌كند.

فناوري اختراع‌شده توسط دكتر شومينگ‌ناي، دكتر مينگ‌يونگ‏‌هان و دكتر شيااوهوگااو، عملاً "كدگذاري ميله‌ا‌ي" مولكولهاي زيستي مانند DNA ، RNA و پروتئين‌ها را ميسرمي‌سازد. همانطور كـه در بسياري از مجـلات، از جملـه شماره جولاي 2001 Nature BioTechnology گزارش شده ‌است, با اين فناوري, مهره‌هاي خيلي كوچك پلي‌استايرن (با قطري در حدود يك ميكرون)، با تراشه‌هاي بلـوري فلورسنت موسوم به مهره‌هاي كوانتومي (Quantum bead) اشباع مي‌شوند.

با تغييردادن تعداد و اندازة اين مهره‌هاي كوانتومي- كه در هركدام ازميكرو مهره‌ها به صورت يك دسته مرتب درآمده‌اند- مي‌توان آن را به صورت يك امضاء منحصربه‌فرد نوري درآورد.همچنين مي‌توان با جذب كردن مولكولهاي بزرگ زيستي همچون قطعات DNA يا پادتن‌ها در روي اين مهره‌ها، شمار زيادي از مولكولهاي زيستي موجود در يك محلول را فهرست بندي كرد.

دكتر ناي، محقق و استاد شيمي در دانشگاه اينديانا, در بلومينگتون مي‌گويد: "فناوري كدگذاري نوري كاربرد عملي نانوتكنولوژي در تحقيقات بيوپزشكي را به نمايش مي‌گذارد. ما در اين فناوري از خواص بي‌نظير نوري نانومواد نيمه‌هادي استفاده كرده‌ايم و بسياري از مشكلات رنگهاي آلي را حل كرده‌ايم." پروژه Launchcyte از تسهيلات مؤسسة فناوري و تحقيقات پيشرفتة دانشگاه اينديانا (ARTI) برخوردار شده‌است.

رون هنريكسن، مدير ARTI مي‌گويد: " با توجه به تشكيل شركت جديد Launchcyte در ارتباط با كارهاي دكتر ناي، ما مايل به همكاري با آن هستيم. اين كار مانند فناوري‌هاي جديد كمك خواهدكرد تا در ابداع داروهاي جديد و بهبودبخشيدن به سلامت انسان جلو برويم."

دانشگاه اينديانا از جمله مكانهايي است كه در جهت پيشرفت علمي دانشكده‌هايش در خصوص دانش بيوانفورماتيك و ارتباط تحقيقات دانشگاهي با بازار فعاليت مي‌كند.

Launchcyte در مورد امكان‏سنجي فني و تجاري كاربردهاي مختلف اين فناوري مانند:پروتئوميك با سرعت خيلي زياد, آناليز ابراز ژن و شناسايي و نقشه‌خواني پلي‌مورفيسم نوكلئوتيد منفرد (SNPs) و محيط‌هاي رنگ‌زني پيچيده براي معين‌كردن همزمان هزاران علامت سطحي سلول تحقيق مي‌كند.
دكتر جاناتان كافمن، مدير علمي Launchcyte مي‌گويد: ”پيشرفت فناوري دكتر ناي، معرف انقلابي در نحوه جمع‌آوري اطلاعات زيستي است و اندازه‌گيري همزمان هزاران برهم‌كنش زيستي را در مواردي -كه تا حالا فقط چندتا از آنها قابل انجام بود- ممكن مي‌سازد. فناوري‌هاي انقلابي توليد اطلاعات زيستي در بازار ارزش زيادي دارند؛ به همين دليل است كه ما به فكر ايجاد يك شركت تازه با همراهي دانشگاه اينديانا و مخترعين آن افتاديم.“

شركت Launchcyte در مركز بيوتكنولوژي پيتسبورگ مستقر است و در مواردي كه صرفه داشته باشد,به‌جاي مجوزدهي (ليسانس) به شركتهاي مهندسي پزشكي تازه تأسيس‌شده, شركتهاي بيوانفورماتيك جديدي را در ارتباط با فناوري‌هاي تحت ليسانس دانشگاه ايجاد مي‌كند.

More Wood Molecular Inc. از شركتهاي اقماري Launchcyte است. اين شركت در مورد سكوي آزمايش در مقياس بسيار وسيع فعاليت آنزيم, يك مجوز جهاني انحصاري دارد, كه در دانشگاه پنسيلوانيا تحقق يافته‌است.

منبع : http://www.news.excite.com

ساخت كپسولهاي در حد اتم
4 اكتبر 2001- محققين در مؤسسة فناوري كرك ايرلند، يك كپسول رهايش دارو را طراحي كرده‌اند كه ابعادش در حدوديك‌هزارم قطر موي انسان تا چند اتم مي‌باشد. اين كپسول را مي‌توان به خون تزريق كرد، تا در آن حل شده و دارو را آزاد كند, يا مي‌توان آن را به عضو خاصي از بدن نشانه‌گيري كرد.
يكي از اساتيد ارشد مؤسسة فيزيك كاربردي و ابزار دقيق، به نام ليام مك‌دونل درحال تحقيق بر روي ساخت كپسولي است كه اندازة آن در حد ميكرو (به اندازة سلولهاي خون) باشد و سپس بتواند آن را به حد نانو تبديل كند.
تيم او، از فناوري ساخت نوري (Photofabrication)براي ساخت اين كپسول استفاده كرده‌است. در اين تكنيك، با تابش طول موج مشخصي از نور به مايع - با ايجاد يك ساختار سه بعدي- مي‌توان مايع را به جامد تبديل كرد.

اين كپسول‌ها را مي‌توان در اشكال مختلف توليدكرد، ولي بايد به حدي كوچك باشند كه بتوانند بدون اينكه باعث لخته‌شدن خون شوند، از مويرگها عبور كنند. مك‌دونل مي‌گويد:” هدف ما توليد اين كپسولها به اندازة يك‌پنجم سلولهاي خون مي‌باشد.“ (لازم به‌ذكر است كه اگرچه سلولهاي خون بزرگتر از اين كپسول پيشنهادي مي‌باشند، ولي كاملا" انعطاف‌پذير بوده و به راحتي از سوراخها و منفذهاي ريز عبور مي‌كنند). هنگام ساخت اين كپسولها، مي‌توان مواد و داروهاي موردنظر را درون آنها قرار داد, تا پس از اينكه به خون تزريق شد، در خون حل شده و دارو را آزاد كنند.

روش تزريق مستقيم كپسول به عضو مصدوم بدن را مي‌توان از طريق تكنيكهاي پيوندي معمولي انجام داد. بدين نحو، پادتني كه كار آن دفاع از بدن در مقابل آنتي‌ژنها (از قبيل سموم و مواد خارجي) مي‌باشد، بعنوان روكشي روي كپسول قرار گرفته و سپس به بدن تزريق مي‌شود. از آ نجاييكه اين پادتن يك نوع آنتي‌ژن را در بدن تشخيص مي‌دهد، با اين روش كاملا" اطمينان حاصل مي‌شود كه دارو به قسمت موردنظر بدن انتقال يافته است. زمانيكه كپسول به نقطة موردنظر بدن رسيد، راهها و طرق مختلفي براي تخلية مواد درون كپسول وجود دارد. تخلية دارو مي‌تواند بريك مبناي زماني، فرضا" 2 روز بعد از ورود كپسول به بدن و يا از طريق محركهاي بيروني مانند امواج ماوراء صوت و غيره صورت گيرد.

دكتر مك ‌دونل مي‌گويد: ” پتانسيل ساخت اين نوع كپسول‌ها با اين فناوري,بسيار وسيع است. محققين سعي مي‌كنند فرآيند و ابزارهاي توليد را توسعه دهند تا اين اشياء را در حد نانو بسازند.

او مي‌گويد: ” اصول و قواعد كاملا" مشخص مي‌باشد. ما علاوه بر مواد، ابزار را نيز داريم، ولي مشكل ما كوچكترنمودن آنها به حد نانو است.“
صنعت توليد دارو، يكي از صنايع بالقوه در برنامة تحقيقاتي و علوم مي‌باشد كه مؤسسة علوم زيستي ايرلند نيز در اين زمينه فعاليت مي‌كند. اين مؤسسه درحال بررسي توليد محصولات نانومتري است. فرآيندي كه شامل دو روش”بالا به پايين“ و ”پايين به بالا“ مي‌شود. در روش بالا به پايين، محصولات در اندازه‌هاي بزرگ توليد شده، سپس كوچك مي‌شوند. ولي در روش پايين به بالا، چيده‌شدن و ساخت آنها به صورت اتوماتيك است، مانند بشر كه در بدو تولد از جزء به كل تبديل مي‌شود.

اين مؤسسه، درحال تركيب روشها براي دستيابي به روش -به گفته مك‌دونل- مخلوط است. بدين صورت كه با ساخت پيوندهاي محكم بين پادتن‌ها و آنتي‌ژنها، بتواند محصولاتي نانومتري توليد كند. اين سطوح كه يكي از آنها با يك پادتن روكش‌شده و ديگري با آنتي‌ژن، به صورت طبيعي يا باكمك نيروي مغناطيسي به سمت همديگر هدايت شده و در نقطة موردنظر با همديگر برخورد مي‌كنند. منبع : Irish Time

فناوري كاهش قيمت نانو لوله
4 اكتبر 2001- يكي از مفيدترين محصولات نانوتكنولوژي، نانولوله‌هاي كربني باداشتن استحكام و هدايت الكتريكي و دمايي استثنائي مي‌باشند.دانشمندان درتوليد لوله‌هاي ريز جهت بررسي خواص آنها در آزمايشگاه مهارت مناسبي دارند؛ ولی مسئله‌اي كه تاكنون كسي قادر به حل آن نشده است، چگونگي توليد اين لوله‌ها در خارج از آزمايشگاه است. در حال حاضر قيمت آنها صدها دلار بر هر گرم است.

يك شركت در قبرس اميدوار است كه بتواند نانو لوله‌ها را با هزينه‌اي كمتر از 5 دلار براي هر گرم توليد كند. Rosseter اين هفته در ژاپن در گردهمايي بزرگداشت دهمين سالگرد كشف نانو لوله‌هاي كربني، پيشرفت‌هاي خود را منتشر خواهد كرد.اين شركت از فرآيند پيشرفته‌اي استفاده مي‌كند كه به نام يك دانشمند روسي به نام" ولادسيلاورزكف " فارغ‌التحصيل دانشگاه Omsk ثبت شده است.
فرآيندهاي كم مصرف تجزيه هيدروكربن‌ها، كه گفته مي‌شود بازده آنها در دستگاه نمونه شركت، 3 كيلوگرم لوله در هفته مي‌باشد، با مقدار انرژي الكتريكي توليدي يك باطري معمولي اتومبيل كار مي‌كند.
«Rosseter» اخيرا" با شركتهاي متعددي كه درتجاري نمودن توليدات نانو لوله كار مي‌كنند, همكاري مي‌كند از جمله شركت Carbon Nanotechnologies كه "ريچارداسمالي"- كه به خاطر اين موضوع برنده جايزه نوبل شد- از بنيانگذاران آن است. شركت انتظار دارد ظرف دو سال لوله‌هايي در مقياس تجاري بسازد. ولي اميدوار است كه بتواند خيلي زودتر از اين، لوله‌ها را روانه بازار كند.اين شركت در حال حاضر در جستجوي شركايي براي تجاري نمودن فناوري خود مي‌باشد. براي اطلاعات بيشتر مي‌توانيد به سايت شركت رجوع كنيد:http://www.e–nanoscience.com/ منبع: تايمز مالی
مشاهده تولد مولكول2CO

15 اكتبر 2001- دانشمندان به‌كمك ميکروسکوپ تونل‌زنی پيمايشگر (STM) چگونگي واكنش تشكيل دي‌اكسيدكربن (CO2) از مونوكسيد كربن ( CO) و اكسيژن (O) را مشاهده كردند.
اين تجارب آزمايشگاهي از مولكولهاي منفرد ، كه موجب ارائه ديد شيميايي كاملي مي‌شود، ممكن است به كنترل انتشار آلاينده‌هاي اتومبيل ، تصفيه هوا و حسگر‌هاي شيميايي منجرشود. شكل A در بالاي صفحه، يك اتم مونوكسيدكربن عايق كه بر سطح نقره جذب شده است را نشان مي‌دهد . شكلB اتمهاي اكسيژن جفت‌شده با مونوكسيدكربن را بر روی آن نمايش مي‌دهد. شكل C مولكول مونوكسيدكربن (CO) به همراه دو اتم اكسيژن جداشده را نشان مي‌دهد كه در دو طرف آن جاي گرفته اند تا با يكي از آنها واكنش انجام داده به صورت شكل E در ‌آيد، كه حدواسطي از كمپلكس O- CO-O مي‌باشد. اين كمپلكس قبلاً قابل مشاهده نبود. كمپلكس O-CO-O سرانجام به شكل يك اتم CO2 و يك اتم اكسيژن در مي‌آيد. شكلهاي D و F قرار گرفتن اكسيژن و مونوكسيد كربن (CO) را به ترتيب در شكلهاي C و E نشان مي‌دهد.

طبق تصاوير بعدي، واكنش يك مولكول مونوكسيدكربن ( CO) آزادشده از STM با يك اتم اكسيژن روی سطح انجام مي‌گيرد. شكل A يك مولكول CO قرار گرفته بر سر يك تيرك STM را به‌ همراه تصوير دو اتم اكسيژن نمايش مي‌دهد. شكل B جريان تونلي زنی STM را در زماني نشان مي‌دهد، كه ولتاژي اعمال مي‌شود تا مولكول CO از سر STM جدا شده، با يك اتم از اكسيژن واكنش دهد و به CO2 تبديل شود . شكل C تصوير سطح را بعد از واكنش نشان مي‌دهد. D ، E و F به ترتيب نمودار شماتيكي از A، B و C است.
منبع: Physical Review Letters

مركزي براي پرورش فناوري رزونانس اسپين الكترون
17 اكتبر 2001- NIH (موسسه‌ ملي بهداشت آمريكا) طي پنج سال مبلغ 513ر897ر5 دلار را به دانشگاه كرنل اعطا مي‌كند, تا مركز بيوپزشكي ملي را براي بررسي فناوري ESR (رزونانس اسپين الكترون) پيشرفته تأسيس كند.

ESR يك فناوري براي مطالعه روي پيوندها و ساختارهاي شيميايي و بيولوژيكي مواد، مانند ساختمانهاي مولكولي در غشاء‌ها و پروتئينها مي‌باشد. و اساساً چگونگي حركت,واكنش و تعاملات مولكولها را با يكديگر نشان مي‌دهد.

جك فِرِد ( استاد شيمي و زيست‌شناسي دانشگاه كرنل) رئيس مركز ملي جديد خواهد شد. او كسي است كه در رابطه با روشهاي جديد ESR پيشقدم شده است. فرد مي‌گويد: ”يكي از دلايلي كه NIH روي كار ما سرمايه‌گذاري مي‌كند, بي‌نظير بودن كارهايي است,كه ما مي‌توانيم انجام دهيم. بي‌نظير بودن كار بسيار مهم است.“

امكانات تحقيقاتي مركز، در 5600 فوت مربع فضاي آزمايشگاهي, در زيرزمين آزمايشگاه بيكر در دانشگاه كرنل تأسيس مي‌شود, كه در اين صورت براي محققين سرتاسرجهان قابل استفاده خواهد بود، زيرا كار (ACERT ) فناوري رزونانس اسپين الكترون پيشرفته اساسا" بر پايه تئوري و آزمايش است. اين پروژه 21 همكار متخصص در بيوشيمي و زيست‌شناسي مولكولي از دانشگاهها و دانشكده‌هاي پزشكي ايالات متحده، كانادا، اسرائيل و آلمان خواهد داشت. بعلاوه، مركز ارائه خدماتي چون سنجش و انتقال فناوري را براي 12 گروه دانشگاهي فراهم خواهد كرد.

000ر500 دلار از پول اهدايي براي تجهيزات اختصاص داده مي‌شود . در حال حاضر، گروه تحقيقاتي فرد، سه دستگاه اسپكترومتر ESR بسيار پيشرفته دارد. سه دستگاه ديگر نيز ظرف 18 ماه آينده به آنها اضافه خواهند شد. به قول فرد، اين دستگاهها در دانشگاه كرنل با مشخصاتي بي‌نظير ساخته خواهند شد.
گروه فِرِد در فناوريي كه ESR را قادر ساخته است تا با استفاده از روشهاي شبه بصري به فركانسهاي بسيار بالا(نزديك فركانس مادون قرمز دور) برسد ، پيشقدم بوده است. از اين تجهيزات براي تحليل ديناميك پيچيده بيوسيستم‌هايي مانند پروتئينها و غشاء‌ها استفاده مي‌شود. فرد توضيح مي‌دهد, كه يك پروتئين فقط يك كريستال منفرد يا يك شيء منجمد نيست, بلكه تا حدي حركت مي‌كند و حركتهاي دروني، خمشي و اسپيني دارد.

گروه فِرِد همچنين براي بررسي فرآيندهاي مولكولي و ديناميكي در زمينه كاربردهاي ESR ضربه‌اي(پالسي) كار كرده است. فرد مي‌گويد: ”ESR ضربه‌اي در يك محدوده زماني خاص عمل مي‌كند و مستقيما" به فرآيندهاي ديناميك مولكولي مرتبط است و به شكلي غيرعادي دقتي عالي را فراهم مي‌سازد. ما باور داريم كه يك جنبه بسيار مهم فناوري ضربه‌اي، پيشرفت روشهاي قوي ما براي اندازه‌گيري فاصله‌ها در مولكولهاي زيستي است, تا مكملي براي كريستالوگرافي اشعه X معمولي باشد.“

يكي از ابزارهاي اصلي فرد برچسب‌هاي اسپيني نيتروكسيد هستند. يك بر چسب اسپيني يك راديكال آزاد است- يك جزء مولكولي كه شامل يك الكترون جفت نشده است- كه مي‌توانند خود را به مكاني در يك ماكرومولكول يا يك مولكول زيستي بچسباند. و طيفي درست كند,كه بر حسب مشخصات شيميايي و فيزيكي اطلاعاتي را بدست مي‌دهد.

الكترونهاي جفت نشده ذاتا" ناپايدارند، اما نيتروكسيدها مي‌توانند به شكلي ساخته شوندكه راديكالهاي آزاد بسيار پايداري بسازند و قادر به ذخيره نمونه‌ها براي ماهها و حتي سالها باشند. فرد مي‌گويد : ماهيت تحقيق ما, مطالعه اين نوع پايداري است كه با ESR با فركانس و ميدان بالا (ESR HFHF) و ESR تبديل دو بعدي فوريه تكميل مي‌شود. ما يقينا" در زمينه فيزيك ESR در دنيا پيشتاز هستيم.“

با توجه به كاربردهاي مستقيم آن در تحقيقات پزشكي، فرد به سابقه‌اش در تحقيقات دارويي اشاره مي‌كند. او مي‌گويد:” اين همكاران ما هستند كه بيوشيمي بنيادي را انجام مي‌دهند و ما اميدواريم اين علم را توسعه دهيم تا بتوانيم بيماريها را شناسايي كنيم. ما ابزارآلات و فناوريهاي نظري جديدي را تهيه مي‌كنيم تا برنامه‌هاي تحقيقاتي بيوپزشكي را سرعت ببخشيم.“
منبع : http://www.unisci.com/

الكترونيك مولكولي دو گام به جلو بر مي‌دارد
19 اكتبر 2001- هم‌اكنون ممكن است هدف الكترونيك مولكولي -‌ساخت اجزاء مولكولي با به‌هم پيوستن مولكولهاي منفرد- دو گام به واقعيت نزديكتر شده باشد. اخيرا" گروهي از محققين، كوچكترين ترانزيستور مولكولي آلي را (با خاصيت خودچيدماني اوليه) ساخته‌اند؛ و گروهي ديگر نشان داده‌اند كه چگونه مي‌توان جريان الكترونهاي درون يك مولكول منفرد را به دقت اندازه‌گيري كرد. روساي اين دو گروه چنين بيان مي‌دارند كه اين پيشرفتها به فيزيكدانان كمك مي‌كند تا وسايل الكترونيك مولكولي را بيشتر توسعه دهند.
جان هندريك شان و همكارانش در آزمايشگاه Bell واقع در نيوجرسي در مورد نتايج كارشان در شمارة اخير مجلة Nature چنين بيان داشتند كه براي ساخت اين ترانزيستور به هزاران مولكول آلي اجازه داده مي‌شود تا خود را -‌ مانند پرزهاي روي يك برس- بر روي يك لاية طلا اسمبل نمايند. اين محققين سپس مولكولهاي بوجودآمده در سطح فيلم طلا را با لايه‌هاي ديگر طلا پوشانده و با ايجاد يك ميدان الكتريكي روي فيلم توسط الكترود سيليكون، يك ترانزيستور به پهناي 10 تا 20 آنگستروم ساختند.

شان مي‌گويد كه: "اولين مشخصه‌ا‌ي كه ما ديديم، اينست كه اين وسيله محصولي قابل عرضه به بازار است. البته اين وسيله ممكن است براي كاربردهاي واقعي خيلي مناسب نباشد، اما هر حال ما نسبت به انجام اين كار بسيار خوش‌بين هستيم."
شان مي‌گويد كه مرحلة بعدي اين است كه مولكولهاي خودچيدمان را با اشكال ديگري بسازيم تا ببينيم كداميك بهترين ترانزيستور را خواهدساخت و ببينيم تا چه حد مي‌توانيم ابعاد اين وسايل را كوچك كنيم. وي اشاره مي‌كند كه ممكن است در آينده بتوان اين مولكولهاي پهن را با اجزايي ساخت كه جايگزين الكترودهاي طلا و سيليكون در وسايل معمولي شود.

البته ترانزيستورها نمي‌توانند بدون سيم كار كنند و محققين بايد بدانند كه از كدام مولكولها مي‌توان سيمهاي خوبي ساخت. انتراستارت ليندساي و همكارانش در دانشگاه ايالتي آريزونا، نتايج مطالعات خود را در شمارة امروز مجلة Science ارائه دادند. آنها زنجيره‌هاي كوچك كربني را به شكل مو به يك لايه از طلا وصل مي‌كنند. اما فقط تعداد كمي از اين شاخه‌ها از هردو طرف به لاية طلا متصل مي‌شود. محققين با ايجاد تماس بوسيلة تيرك ميكروسكوپ AFM كه با طلا پوشش داده‌شده با اين مولكولهاي چسبيده به سطح طلا ، مي‌توانند هدايت آنها را اندازه بگيرند. اندازه‌گيريهاي قبلي در مورد مولكولهايي مانند DNA منجر به نتايج مختلفي بر حسب روش اندازه‌گيري مي‌شد.

ليندساي چنين بيان مي‌دارد كه: "وصل‌شدن هردو سر اين مولكولها به سطح طلا، كليد حل مشكلات است. چرا كه با بستن هردو سر مولكول روي سطح طلا، از بسياري از تغييرات جلوگيري مي‌شود. ليندساي مي‌گويد: "اين تكنيك محققين را قادر خواهدساخت تا خواص وسايل مولكولي مختلف را بررسي كرده و ببينند كه آنها واقعا" چه رفتاري دارند." وي ادامه مي‌دهد: "ما الآن مي‌توانيم با شوق و دلگرمي در زمينه الكترونيك مولكولي فعاليت كرده واحساس خوبي نسبت به فيزيكدانها داشته‌باشيم."
منبع : Scientific American

نقش مهم محيط اطراف DNA
19 اكتبر2001- محيط اطراف DNA در سلولهاي زنده نقش بسيار مهمي را در تنظيم حركت بار الكتريكي از ميان مولكول DNA بازي مي‌كند.اين تحقيق مي‌تواند به فهم بهتر اينكه DNA چطور بوسيله فرآيندهاي اكسيداسيون مصدوم مي‌شود، كمك كند و مسيري را براي استفاده‌از DNA در فناوري نانو، ارائه نمايد.

اين مقاله اولين مقاله‌اي است,كه برمبناي اطلاعات آزمايشگاهي، شبيه‌سازي ديناميكي مولكول با كامپيوتر و محاسبات پيچيده ساختار الكترونيكي توصيف مي‌كند,كه چگونه يونهاي سديم مي‌توانند مهاجرت حفره‌هاي الكتروني را از ميان DNA كنترل كنند. حفره‌هاي الكتروني (موقعيتهاي بار مثبت در ساختار DNA) در اثر فرآيندهاي عادي اكسيداسيون سلول‌ها و پديده‌هاي روزمره‌اي مثل تابش نور خورشيد ايجاد مي‌شوند. حفره‌هاي الكتروني با گذر از ميان DNA تا فاصله‌هاي بالاي 30 نانومتر از جاي اصلي‌شان، نهايتا" به موقعيتهاي اصلي خود مي‌رسند و درصورت آغاز انجام واكنشها مي‌توانند به كدهاي ژنتيكي آسيب برسانند.
گري شوستر , استاد شيمي و بيوشيمي و رئيس دانشكده علوم موسسه فناوري جورجيا مي‌گويد:”مقاله ما يك روش جديدي را در زمينه كنترل انتقال بار الكتريكي در DNA ارائه مي‌دهد. حركت بار در DNA توسط حركت مولكولهاي آب ، يونهاي سديم،ساختمان DNA و بنيانهاي DNA با هم كنترل مي‌شود. لذا واضح است كه ما بايد هم به DNA و هم به محيط اطرافش توجه كنيم. مكانيسم اساسي حركت بار كه در اين مقاله بحث شده است بر پايه دو اصل فيزيكي است:
بارهاي الكتريكي همنام همديگر را دفع مي‌كنند.

انرژي گرمايي ، موجب حركت تصادفي اجزاء ريز مانند يونها ، اتمها و مولكولها مي‌شود.
در مقاله‌اي كه در سال 1999 در مجموعه مقالات دانشگاه ملي علوم منتشر شد, شوستر و همكارانش اظهار كرده‌ بودند, كه بار الكتريكي از ميان DNA در يك فرآيند تقريباً مخفي حركت مي‌كند و مولكول DNA سعي مي‌كند خودش را كج كند تا بار را در يك موقعيت محلي پايدار گرداند. در كار تحقيقاتي جديد شوستر و همكارانش سعي كرده‌اند تا علت اصلي حركت بار و همچنين مكانيسم ديناميكي انتقال بار در مسافتهاي دور را در DNA توضيح دهند.

نويسندگان مقاله به اين نتيجه رسيدند، كه حفره‌هاي الكتروني (بار مثبت) وقتي به يونهاي هيدراته سديم داراي بار مثبت در محيط آبي در اطراف DNA نزديك مي‌شوند, شروع به حركت مي‌كنند. يوزي لاندمن, استاد فيزيك و رئيس مركز فناوري جورجيا مي‌گويد:”حفره‌هاي الكتروني در DNA حقيقتا" دوست ندارند, كه نزديك بارهاي مثبت يونهاي سديم باشند؛ بنابراين يونهاي آب‌پوشاني‌شده شروع به حركتي تصادفي كرده، و باعث حركت حفره‌هاي الكتروني مي‌شوند.