دانلود مقاله پدر درخت‌سانها در فکر مهار مولکولهایش

پدر درخت‌سانها در فکر مهار مولکولهایش 26 جولای 2001- در سال 1979 تومالیا دریافت که چگونه مولکولها را شبیه درخت ترکیب کند، اما تاکنون نتوانسته‌است سرمایه‌ا‌ی برای انجام کارش پیدا کند.

دونالد تومالیا راهی برای کنترل مصنوعات پلیمری کشف کرده‌است.

درخت‌سانها همانند شاخه‌های یک درخت به صورت یکنواخت رشد کرده و هر بار تعداد آنها در قسمت نهایی هر شاخه دو برابر ‌شد.

نتیجه این بود که وی قادر به تولید ماکرومولکولهایی ناب شد که به‌نظر می‌رسد کاربردهای بی‌انتهایی در زمینه علم زیست‌شناسی داشته باشند.

اکنون این شیمیدان شرکت شیمیایی DOW می‌گوید،که برای تأسیس شرکت جدیدش در حال جذب سرمایه‌گذاران است.

این شرکت بنام Dendritic Sciences در آن آربور،میشیگان است.

تومالیا می‌گوید،که این شرکت به او کمک خواهدکرد تا به رؤیای بیست ساله‌اش که استفاده از کشف خود (که او از آن به درخت‌سان‌ها تعبیر می‌کند) برای هر چیزی از تحویل دارو گرفته تا ماشینهایی بسیارکوچک، جامه عمل بپوشاند.

اما در حدود 9 سال پیش نیز او چنین امیدی داشت که هرگز عملی نشد.

در سال 1992 سرمایه‌گذار شرکت Dendritech گفته‌بود که می‌خواهد درخت‌ سان‌ ها(dendrimers) را در مقیاس تناژ بسازد- هدفی که وسیله‌ا‌ی برای رسیدن به آن نداشت.

تومالیا شاخه‌ای بی‌نظیر از شیمی را یافته بود که توانایی زیادی برای حل مسائل پیچیده دانشمندان برای بازآفرینی طبیعت داشت.

درخت‌سان‌ها محصولاتی مصنوعی هستند که در مقیاس نانومتری ساخته می‌شوند.

خصوصیت بارز آنها، دقت آنهاست.

تومالیا و همکارانش بطور اتفاقی راهی برای ترجمه ساختارهای شاخه‌ا‌ی همانند درختان به ساختار های شیمیایی پیدا کردند و از اینجا نام "dendra" که یک کلمه یونانی به معنای درخت است، مطرح شد.

تومالیا می‌گوید: "من سعی می‌کردم تا شاخه یک درخت رادر پلیمرها تقلید کنم." اهمیت این کار اینجاست که تا آن موقع، استفاده از پلیمرها که چیزهای طولانی مانند مولکولهای سرکش استفاده‌شده در تولید پلاستیکها، رنگها و بعضی از لباسها هستند، در جهان تولیدات مصنوعی متداول شده‌بود.

پلیمرها خیلی نامنظمند و شامل مولکولهایی در یک محدوده از اندازه می‌شوند.

اما تومالیا راهی برای کنترل این مصنوعات پیدا کرده‌بود.

درخت‌سان‌ها بصورت یکنواخت و یک‌شکل (هربار تعداد انتهایی آنها دو برابر می‌شود) دقیقا" شبیه شاخه‌های یک درخت رشد پیدا می‌کنند و در هر دوره از رشد جرم آنها دو برابر می‌شود.

نتیجه کار موجب پیدایش توانایی تولید دقیق مولکولهای بزرگ، دقیق و ناب بود.

کشف 1990 تومالیا موجب حیرت دانشمندان شد.

کاربردهای فراوان بزرگترین درخت‌سانها که می‌توانند به اندازه پروتئین‌ها در سلولهای زنده باشند، تومالیا را متحیر ساخت .

درخت‌سانها می‌توانند در ساخت کپسولهای بزرگ برای تحویل دارو(Drug Delivery) یا ساخت ماشینهای خیلی کوچک استفاده شوند.

ولی فقط یک مسأله وجود داشت که مسأله‌ای مهم در دنیای کوچک بود.

سرمایه لازم برای تولید درخت‌سانها خیلی زیاد بود، در نتیجه تولید آن از نظر اقتصادی به‌صرفه نبود.

تومالیا هنوز می‌خواهد درخت‌سانها را در مقیاس تنی بسازد.

روبرت نواک- رئیس اجرایی مؤسسه (غیر انتفاعی) مولکولی میشیگان (MMI) -می‌گوید: "تولید درخت‌سانها به‌طور باورنکردنی گران است.

آنها دانشمندان و شیمیدانها را که تاکنون این ساختارها را ندیده‌بودند، متحیر می‌کردند.

اما ما را هم با مشکلات زیادی مواجه می‌کردندتا بفهمیم آنها برای چه مفید هستند." از آنجایی که درخت‌سانها در چند مرحله تولید می‌شوند، خیلی گرانقیمت اند.هرچه درخت‌سان بزرگتر باشد، زمان زیادتری برای رشدآنها لازم است.

برای مثال برای تولید درخت‌سان نسل دهم حدود 22 واکنش شیمیایی مختلف لازم دارد، که این امر حدود 3 ماه طول می‌کشد و این زمان نیز هزینه بر است .

او می‌گوید: "شما استطاعت مالی انجام ژن‌درمانی یا آمینو سنجی(amino assays) را نخواهیدداشت." بطور مثال نواک تخمین می‌زند که برای تولید هر پوند از درخت‌سان چهار پلی‌آمیدوآمین (یک نام تجاری برای یک نوع محصول با امکان کاربرد در سیستم تحویل دارو) حدود 15 هزار دلار لازم است.

دکتر جیمزبیکر، رئیس آلرژی وایمنی‌شناسی دانشگاه میشیگان کارهایی روی درخت‌سانهای مربوط به تحویل دارو انجام می‌دهد.

او می‌گوید: "این یک تحقیق در حال رشد است." او ادامه می‌دهد که اکنون بیشتر کار در یک سطح در حال تولد است: "ما ادعا نداریم که این موضوع یک مساله انفجارگونه است." تومالیا مصمم است، تا ثابت کند که این پدیده یک امر مفید است.

تومالیا قبل از تحصیل در دانشگاه ، از مزرعه درختی به اندازه 43590 فوت مربع نگهداری می‌کرد.

او می‌گوید: "شاخه‌های درختان همیشه مرا مجذوب خود می‌کردند.

من درختان را موقعی که نوجوان بودم رشد داده‌ام." تومالیا می‌گوید: "من سعی می‌کنم از شاخه‌های یک درخت در پلیمرها تقلید کنم." او مجذوب مولکولهای مصنوعی شده‌است.

تومالیا می‌گوید: "ما اختراعهای ثبت‌شده زیادی در DOW داریم." طبق گفته تومالیا، DOW آن موقع توجه نداشت که چگونه درخت‌سانها ارزش خود را از نظر اقتصادی پیدا می‌کنند.

تومالیا می‌گوید: "من واقعا" به این فناوری ایمان دارم، بنابراین برای ادامه تحقیقاتم درخواست مرخصی کردم." این تصمیم، او را به سمت MMI (که اولین پیشنهاد تجاری را به او داد) کشاند.

در سال 1992 او شرکت Dendritech را تأسیس کرد.

Dendritech زیر نظر MMI بود و از DOW جواز ساخت و فروش انواع خاصی از درخت‌سانها را داشت.

نواک می‌گوید: "اما سال گذشته، شرکت Dendritech بسته شد و DOW دارایی‌ها و امتیازات این شرکت را که شامل سرپرستی اختراعهای ثبت‌شده اصلی که مجوز آن در سال 1991 به MMI داده‌شده و نیز فناوری جدیدی که با مشارکت شرکت Dendritech ساخته شده بود، را پس گرفت." اکنون تنها فعالیت اقتصادی شرکت Dendritech ، فروش یک ماده افزودنی (که به میزان خیلی کم در جوهر چاپگر استفاده می‌شود) می‌باشد.

نواک می‌گوید: " هنوز دو شرکت از آن ماده استفاده می‌کنند.

به‌نظر می‌رسد که این ماده بعضی از خصوصیات نوشتنی جوهر را (مخصوصا" در محیط خیلی مرطوب) بهبود می‌بخشد." تومالیا تمایل ندارد با شرکت Dendritech کار کند.

اخیرا" نیزگفتگویی با DOW داشته‌است.

تومالیا می‌گوید، این شرکت بزرگ شیمیایی به او امتیازاتی برای کاربرد علمش در درخت‌سانها داده‌است.

در عوض او از امتیاز رویالتی آن در آینده که برای خود قائل بود، صرف‌نظر می‌کند.

او می‌گوید: "من از آن امتیازات صرف‌نظر می‌کنم، در عوض آنها امتیازات دیگری به من می‌دهند." و این باعث می‌شود که اصول علوم درخت‌سانها پایه‌گذاری شود.

تومالیا در کنفرانس نانوتکنولوژی در ساندیاگو گفت: "ما انتظار داریم که تا پایان امسال نخستین واحد تولیدکننده درخت‌سانها افتتاح شود."او در مورد سرمایه اولیه می‌گوید: "ما برای گرفتن چندین میلیون در حال گفتگو هستیم و احساس می‌کنیم که آن را بدست خواهیم‌آورد." تومالیا در طول کنفرانس در مورد کاربرد بیوپزشکی یک نوع خاص از درخت‌سانها که همه خواص پروتئین‌ها را دارد توضیح داد.

تومالیا می‌گوید: "این فناوری واقعا" فوق‌العاده است، من بسیار هیجان زده هستم." فناوری مهره‌های کوانتومی در حال پیشرفت 27 سپتامبر 2001، پیتسبورگ- شرکت Launchcyte می‌گوید, از تصمیمش برای تجاری‌کردن فناوری "مهره‌های کوانتومی" دانشگاه ایندیانا در راستای شتاب‌دهی به کشف دارو و تشخیص‌های کلینیکی، مطمئن است.

Launchcyte اولین شرکت ملی است که زمینه کارش منحصراً به تجاری‌نمودن فناوریهای بیوانفورماتیک دانشگاهی مربوط می‌شود، و با محققین و دانشگاه در مورد مطالعه ایجاد یک شرکت تازه در مورد این فناوری پایه، کار می‌کند.

فناوری اختراع‌شده توسط دکتر شومینگ‌نای، دکتر مینگ‌یونگ‏‌هان و دکتر شیااوهوگااو، عملاً "کدگذاری میله‌ا‌ی" مولکولهای زیستی مانند DNA ، RNA و پروتئین‌ها را میسرمی‌سازد.

همانطور که در بسیاری از مجلات، از جمله شماره جولای 2001 Nature BioTechnology گزارش شده ‌است, با این فناوری, مهره‌های خیلی کوچک پلی‌استایرن (با قطری در حدود یک میکرون)، با تراشه‌های بلوری فلورسنت موسوم به مهره‌های کوانتومی (Quantum bead) اشباع می‌شوند.

با تغییردادن تعداد و اندازه این مهره‌های کوانتومی- که در هرکدام ازمیکرو مهره‌ها به صورت یک دسته مرتب درآمده‌اند- می‌توان آن را به صورت یک امضاء منحصربه‌فرد نوری درآورد.همچنین می‌توان با جذب کردن مولکولهای بزرگ زیستی همچون قطعات DNA یا پادتن‌ها در روی این مهره‌ها، شمار زیادی از مولکولهای زیستی موجود در یک محلول را فهرست بندی کرد.

دکتر نای، محقق و استاد شیمی در دانشگاه ایندیانا, در بلومینگتون می‌گوید: "فناوری کدگذاری نوری کاربرد عملی نانوتکنولوژی در تحقیقات بیوپزشکی را به نمایش می‌گذارد.

ما در این فناوری از خواص بی‌نظیر نوری نانومواد نیمه‌هادی استفاده کرده‌ایم و بسیاری از مشکلات رنگهای آلی را حل کرده‌ایم." پروژه Launchcyte از تسهیلات مؤسسه فناوری و تحقیقات پیشرفته دانشگاه ایندیانا (ARTI) برخوردار شده‌است.

رون هنریکسن، مدیر ARTI می‌گوید: " با توجه به تشکیل شرکت جدید Launchcyte در ارتباط با کارهای دکتر نای، ما مایل به همکاری با آن هستیم.

این کار مانند فناوری‌های جدید کمک خواهدکرد تا در ابداع داروهای جدید و بهبودبخشیدن به سلامت انسان جلو برویم." دانشگاه ایندیانا از جمله مکانهایی است که در جهت پیشرفت علمی دانشکده‌هایش در خصوص دانش بیوانفورماتیک و ارتباط تحقیقات دانشگاهی با بازار فعالیت می‌کند.

Launchcyte در مورد امکان‏سنجی فنی و تجاری کاربردهای مختلف این فناوری مانند:پروتئومیک با سرعت خیلی زیاد, آنالیز ابراز ژن و شناسایی و نقشه‌خوانی پلی‌مورفیسم نوکلئوتید منفرد (SNPs) و محیط‌های رنگ‌زنی پیچیده برای معین‌کردن همزمان هزاران علامت سطحی سلول تحقیق می‌کند.

دکتر جاناتان کافمن، مدیر علمی Launchcyte می‌گوید: ”پیشرفت فناوری دکتر نای، معرف انقلابی در نحوه جمع‌آوری اطلاعات زیستی است و اندازه‌گیری همزمان هزاران برهم‌کنش زیستی را در مواردی -که تا حالا فقط چندتا از آنها قابل انجام بود- ممکن می‌سازد.

فناوری‌های انقلابی تولید اطلاعات زیستی در بازار ارزش زیادی دارند؛ به همین دلیل است که ما به فکر ایجاد یک شرکت تازه با همراهی دانشگاه ایندیانا و مخترعین آن افتادیم.“ شرکت Launchcyte در مرکز بیوتکنولوژی پیتسبورگ مستقر است و در مواردی که صرفه داشته باشد,به‌جای مجوزدهی (لیسانس) به شرکتهای مهندسی پزشکی تازه تأسیس‌شده, شرکتهای بیوانفورماتیک جدیدی را در ارتباط با فناوری‌های تحت لیسانس دانشگاه ایجاد می‌کند.

More Wood Molecular Inc.

از شرکتهای اقماری Launchcyte است.

این شرکت در مورد سکوی آزمایش در مقیاس بسیار وسیع فعالیت آنزیم, یک مجوز جهانی انحصاری دارد, که در دانشگاه پنسیلوانیا تحقق یافته‌است.

ساخت کپسولهای در حد اتم 4 اکتبر 2001- محققین در مؤسسه فناوری کرک ایرلند، یک کپسول رهایش دارو را طراحی کرده‌اند که ابعادش در حدودیک‌هزارم قطر موی انسان تا چند اتم می‌باشد.

این کپسول را می‌توان به خون تزریق کرد، تا در آن حل شده و دارو را آزاد کند, یا می‌توان آن را به عضو خاصی از بدن نشانه‌گیری کرد.

یکی از اساتید ارشد مؤسسه فیزیک کاربردی و ابزار دقیق، به نام لیام مک‌دونل درحال تحقیق بر روی ساخت کپسولی است که اندازه آن در حد میکرو (به اندازه سلولهای خون) باشد و سپس بتواند آن را به حد نانو تبدیل کند.

تیم او، از فناوری ساخت نوری (Photofabrication)برای ساخت این کپسول استفاده کرده‌است.

در این تکنیک، با تابش طول موج مشخصی از نور به مایع - با ایجاد یک ساختار سه بعدی- می‌توان مایع را به جامد تبدیل کرد.

این کپسول‌ها را می‌توان در اشکال مختلف تولیدکرد، ولی باید به حدی کوچک باشند که بتوانند بدون اینکه باعث لخته‌شدن خون شوند، از مویرگها عبور کنند.

مک‌دونل می‌گوید:” هدف ما تولید این کپسولها به اندازه یک‌پنجم سلولهای خون می‌باشد.“ (لازم به‌ذکر است که اگرچه سلولهای خون بزرگتر از این کپسول پیشنهادی می‌باشند، ولی کاملا" انعطاف‌پذیر بوده و به راحتی از سوراخها و منفذهای ریز عبور می‌کنند).

هنگام ساخت این کپسولها، می‌توان مواد و داروهای موردنظر را درون آنها قرار داد, تا پس از اینکه به خون تزریق شد، در خون حل شده و دارو را آزاد کنند.

روش تزریق مستقیم کپسول به عضو مصدوم بدن را می‌توان از طریق تکنیکهای پیوندی معمولی انجام داد.

بدین نحو، پادتنی که کار آن دفاع از بدن در مقابل آنتی‌ژنها (از قبیل سموم و مواد خارجی) می‌باشد، بعنوان روکشی روی کپسول قرار گرفته و سپس به بدن تزریق می‌شود.

از آ نجاییکه این پادتن یک نوع آنتی‌ژن را در بدن تشخیص می‌دهد، با این روش کاملا" اطمینان حاصل می‌شود که دارو به قسمت موردنظر بدن انتقال یافته است.

زمانیکه کپسول به نقطه موردنظر بدن رسید، راهها و طرق مختلفی برای تخلیه مواد درون کپسول وجود دارد.

تخلیه دارو می‌تواند بریک مبنای زمانی، فرضا" 2 روز بعد از ورود کپسول به بدن و یا از طریق محرکهای بیرونی مانند امواج ماوراء صوت و غیره صورت گیرد.

دکتر مک ‌دونل می‌گوید: ” پتانسیل ساخت این نوع کپسول‌ها با این فناوری,بسیار وسیع است.

محققین سعی می‌کنند فرآیند و ابزارهای تولید را توسعه دهند تا این اشیاء را در حد نانو بسازند.

او می‌گوید: ” اصول و قواعد کاملا" مشخص می‌باشد.

ما علاوه بر مواد، ابزار را نیز داریم، ولی مشکل ما کوچکترنمودن آنها به حد نانو است.“ صنعت تولید دارو، یکی از صنایع بالقوه در برنامه تحقیقاتی و علوم می‌باشد که مؤسسه علوم زیستی ایرلند نیز در این زمینه فعالیت می‌کند.

این مؤسسه درحال بررسی تولید محصولات نانومتری است.

فرآیندی که شامل دو روش”بالا به پایین“ و ”پایین به بالا“ می‌شود.

در روش بالا به پایین، محصولات در اندازه‌های بزرگ تولید شده، سپس کوچک می‌شوند.

ولی در روش پایین به بالا، چیده‌شدن و ساخت آنها به صورت اتوماتیک است، مانند بشر که در بدو تولد از جزء به کل تبدیل می‌شود.

این مؤسسه، درحال ترکیب روشها برای دستیابی به روش -به گفته مک‌دونل- مخلوط است.

بدین صورت که با ساخت پیوندهای محکم بین پادتن‌ها و آنتی‌ژنها، بتواند محصولاتی نانومتری تولید کند.

این سطوح که یکی از آنها با یک پادتن روکش‌شده و دیگری با آنتی‌ژن، به صورت طبیعی یا باکمک نیروی مغناطیسی به سمت همدیگر هدایت شده و در نقطه موردنظر با همدیگر برخورد می‌کنند.

فناوری کاهش قیمت نانو لوله 4 اکتبر 2001- یکی از مفیدترین محصولات نانوتکنولوژی، نانولوله‌های کربنی باداشتن استحکام و هدایت الکتریکی و دمایی استثنائی می‌باشند.دانشمندان درتولید لوله‌های ریز جهت بررسی خواص آنها در آزمایشگاه مهارت مناسبی دارند؛ ولی مسئله‌ای که تاکنون کسی قادر به حل آن نشده است، چگونگی تولید این لوله‌ها در خارج از آزمایشگاه است.

در حال حاضر قیمت آنها صدها دلار بر هر گرم است.

یک شرکت در قبرس امیدوار است که بتواند نانو لوله‌ها را با هزینه‌ای کمتر از 5 دلار برای هر گرم تولید کند.

Rosseter این هفته در ژاپن در گردهمایی بزرگداشت دهمین سالگرد کشف نانو لوله‌های کربنی، پیشرفت‌های خود را منتشر خواهد کرد.این شرکت از فرآیند پیشرفته‌ای استفاده می‌کند که به نام یک دانشمند روسی به نام" ولادسیلاورزکف " فارغ‌التحصیل دانشگاه Omsk ثبت شده است.

فرآیندهای کم مصرف تجزیه هیدروکربن‌ها، که گفته می‌شود بازده آنها در دستگاه نمونه شرکت، 3 کیلوگرم لوله در هفته می‌باشد، با مقدار انرژی الکتریکی تولیدی یک باطری معمولی اتومبیل کار می‌کند.

«Rosseter» اخیرا" با شرکتهای متعددی که درتجاری نمودن تولیدات نانو لوله کار می‌کنند, همکاری می‌کند از جمله شرکت Carbon Nanotechnologies که "ریچارداسمالی"- که به خاطر این موضوع برنده جایزه نوبل شد- از بنیانگذاران آن است.

شرکت انتظار دارد ظرف دو سال لوله‌هایی در مقیاس تجاری بسازد.

ولی امیدوار است که بتواند خیلی زودتر از این، لوله‌ها را روانه بازار کند.این شرکت در حال حاضر در جستجوی شرکایی برای تجاری نمودن فناوری خود می‌باشد.

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به سایت شرکت رجوع کنید: مشاهده تولد مولکول2CO 15 اکتبر 2001- دانشمندان به‌کمک میکروسکوپ تونل‌زنی پیمایشگر (STM) چگونگی واکنش تشکیل دی‌اکسیدکربن (CO2) از مونوکسید کربن ( CO) و اکسیژن (O) را مشاهده کردند.

این تجارب آزمایشگاهی از مولکولهای منفرد ، که موجب ارائه دید شیمیایی کاملی می‌شود، ممکن است به کنترل انتشار آلاینده‌های اتومبیل ، تصفیه هوا و حسگر‌های شیمیایی منجرشود.

شکل A در بالای صفحه، یک اتم مونوکسیدکربن عایق که بر سطح نقره جذب شده است را نشان می‌دهد .

شکلB اتمهای اکسیژن جفت‌شده با مونوکسیدکربن را بر روی آن نمایش می‌دهد.

شکل C مولکول مونوکسیدکربن (CO) به همراه دو اتم اکسیژن جداشده را نشان می‌دهد که در دو طرف آن جای گرفته اند تا با یکی از آنها واکنش انجام داده به صورت شکل E در ‌آید، که حدواسطی از کمپلکس O- CO-O می‌باشد.

این کمپلکس قبلاً قابل مشاهده نبود.

کمپلکس O-CO-O سرانجام به شکل یک اتم CO2 و یک اتم اکسیژن در می‌آید.

شکلهای D و F قرار گرفتن اکسیژن و مونوکسید کربن (CO) را به ترتیب در شکلهای C و E نشان می‌دهد.

طبق تصاویر بعدی، واکنش یک مولکول مونوکسیدکربن ( CO) آزادشده از STM با یک اتم اکسیژن روی سطح انجام می‌گیرد.

شکل A یک مولکول CO قرار گرفته بر سر یک تیرک STM را به‌ همراه تصویر دو اتم اکسیژن نمایش می‌دهد.

شکل B جریان تونلی زنی STM را در زمانی نشان می‌دهد، که ولتاژی اعمال می‌شود تا مولکول CO از سر STM جدا شده، با یک اتم از اکسیژن واکنش دهد و به CO2 تبدیل شود .

شکل C تصویر سطح را بعد از واکنش نشان می‌دهد.

D ، E و F به ترتیب نمودار شماتیکی از A، B و C است.

منبع: Physical Review Letters مرکزی برای پرورش فناوری رزونانس اسپین الکترون 17 اکتبر 2001- NIH (موسسه‌ ملی بهداشت آمریکا) طی پنج سال مبلغ 513ر897ر5 دلار را به دانشگاه کرنل اعطا می‌کند, تا مرکز بیوپزشکی ملی را برای بررسی فناوری ESR (رزونانس اسپین الکترون) پیشرفته تأسیس کند.

ESR یک فناوری برای مطالعه روی پیوندها و ساختارهای شیمیایی و بیولوژیکی مواد، مانند ساختمانهای مولکولی در غشاء‌ها و پروتئینها می‌باشد.

و اساساً چگونگی حرکت,واکنش و تعاملات مولکولها را با یکدیگر نشان می‌دهد.

جک فِرِد ( استاد شیمی و زیست‌شناسی دانشگاه کرنل) رئیس مرکز ملی جدید خواهد شد.

او کسی است که در رابطه با روشهای جدید ESR پیشقدم شده است.

فرد می‌گوید: ”یکی از دلایلی که NIH روی کار ما سرمایه‌گذاری می‌کند, بی‌نظیر بودن کارهایی است,که ما می‌توانیم انجام دهیم.

بی‌نظیر بودن کار بسیار مهم است.“ امکانات تحقیقاتی مرکز، در 5600 فوت مربع فضای آزمایشگاهی, در زیرزمین آزمایشگاه بیکر در دانشگاه کرنل تأسیس می‌شود, که در این صورت برای محققین سرتاسرجهان قابل استفاده خواهد بود، زیرا کار (ACERT ) فناوری رزونانس اسپین الکترون پیشرفته اساسا" بر پایه تئوری و آزمایش است.

این پروژه 21 همکار متخصص در بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی از دانشگاهها و دانشکده‌های پزشکی ایالات متحده، کانادا، اسرائیل و آلمان خواهد داشت.

بعلاوه، مرکز ارائه خدماتی چون سنجش و انتقال فناوری را برای 12 گروه دانشگاهی فراهم خواهد کرد.

000ر500 دلار از پول اهدایی برای تجهیزات اختصاص داده می‌شود .

در حال حاضر، گروه تحقیقاتی فرد، سه دستگاه اسپکترومتر ESR بسیار پیشرفته دارد.

سه دستگاه دیگر نیز ظرف 18 ماه آینده به آنها اضافه خواهند شد.

به قول فرد، این دستگاهها در دانشگاه کرنل با مشخصاتی بی‌نظیر ساخته خواهند شد.

گروه فِرِد در فناوریی که ESR را قادر ساخته است تا با استفاده از روشهای شبه بصری به فرکانسهای بسیار بالا(نزدیک فرکانس مادون قرمز دور) برسد ، پیشقدم بوده است.

از این تجهیزات برای تحلیل دینامیک پیچیده بیوسیستم‌هایی مانند پروتئینها و غشاء‌ها استفاده می‌شود.

فرد توضیح می‌دهد, که یک پروتئین فقط یک کریستال منفرد یا یک شیء منجمد نیست, بلکه تا حدی حرکت می‌کند و حرکتهای درونی، خمشی و اسپینی دارد.

گروه فِرِد همچنین برای بررسی فرآیندهای مولکولی و دینامیکی در زمینه کاربردهای ESR ضربه‌ای(پالسی) کار کرده است.

فرد می‌گوید: ”ESR ضربه‌ای در یک محدوده زمانی خاص عمل می‌کند و مستقیما" به فرآیندهای دینامیک مولکولی مرتبط است و به شکلی غیرعادی دقتی عالی را فراهم می‌سازد.

ما باور داریم که یک جنبه بسیار مهم فناوری ضربه‌ای، پیشرفت روشهای قوی ما برای اندازه‌گیری فاصله‌ها در مولکولهای زیستی است, تا مکملی برای کریستالوگرافی اشعه X معمولی باشد.“ یکی از ابزارهای اصلی فرد برچسب‌های اسپینی نیتروکسید هستند.

یک بر چسب اسپینی یک رادیکال آزاد است- یک جزء مولکولی که شامل یک الکترون جفت نشده است- که می‌توانند خود را به مکانی در یک ماکرومولکول یا یک مولکول زیستی بچسباند.

و طیفی درست کند,که بر حسب مشخصات شیمیایی و فیزیکی اطلاعاتی را بدست می‌دهد.

الکترونهای جفت نشده ذاتا" ناپایدارند، اما نیتروکسیدها می‌توانند به شکلی ساخته شوندکه رادیکالهای آزاد بسیار پایداری بسازند و قادر به ذخیره نمونه‌ها برای ماهها و حتی سالها باشند.

فرد می‌گوید : ماهیت تحقیق ما, مطالعه این نوع پایداری است که با ESR با فرکانس و میدان بالا (ESR HFHF) و ESR تبدیل دو بعدی فوریه تکمیل می‌شود.

ما یقینا" در زمینه فیزیک ESR در دنیا پیشتاز هستیم.“ با توجه به کاربردهای مستقیم آن در تحقیقات پزشکی، فرد به سابقه‌اش در تحقیقات دارویی اشاره می‌کند.

او می‌گوید:” این همکاران ما هستند که بیوشیمی بنیادی را انجام می‌دهند و ما امیدواریم این علم را توسعه دهیم تا بتوانیم بیماریها را شناسایی کنیم.

ما ابزارآلات و فناوریهای نظری جدیدی را تهیه می‌کنیم تا برنامه‌های تحقیقاتی بیوپزشکی را سرعت ببخشیم.“ الکترونیک مولکولی دو گام به جلو بر می‌دارد 19 اکتبر 2001- هم‌اکنون ممکن است هدف الکترونیک مولکولی -‌ساخت اجزاء مولکولی با به‌هم پیوستن مولکولهای منفرد- دو گام به واقعیت نزدیکتر شده باشد.

اخیرا" گروهی از محققین، کوچکترین ترانزیستور مولکولی آلی را (با خاصیت خودچیدمانی اولیه) ساخته‌اند؛ و گروهی دیگر نشان داده‌اند که چگونه می‌توان جریان الکترونهای درون یک مولکول منفرد را به دقت اندازه‌گیری کرد.

روسای این دو گروه چنین بیان می‌دارند که این پیشرفتها به فیزیکدانان کمک می‌کند تا وسایل الکترونیک مولکولی را بیشتر توسعه دهند.

جان هندریک شان و همکارانش در آزمایشگاه Bell واقع در نیوجرسی در مورد نتایج کارشان در شماره اخیر مجله Nature چنین بیان داشتند که برای ساخت این ترانزیستور به هزاران مولکول آلی اجازه داده می‌شود تا خود را -‌ مانند پرزهای روی یک برس- بر روی یک لایه طلا اسمبل نمایند.

این محققین سپس مولکولهای بوجودآمده در سطح فیلم طلا را با لایه‌های دیگر طلا پوشانده و با ایجاد یک میدان الکتریکی روی فیلم توسط الکترود سیلیکون، یک ترانزیستور به پهنای 10 تا 20 آنگستروم ساختند.

شان می‌گوید که: "اولین مشخصه‌ا‌ی که ما دیدیم، اینست که این وسیله محصولی قابل عرضه به بازار است.

البته این وسیله ممکن است برای کاربردهای واقعی خیلی مناسب نباشد، اما هر حال ما نسبت به انجام این کار بسیار خوش‌بین هستیم." شان می‌گوید که مرحله بعدی این است که مولکولهای خودچیدمان را با اشکال دیگری بسازیم تا ببینیم کدامیک بهترین ترانزیستور را خواهدساخت و ببینیم تا چه حد می‌توانیم ابعاد این وسایل را کوچک کنیم.

وی اشاره می‌کند که ممکن است در آینده بتوان این مولکولهای پهن را با اجزایی ساخت که جایگزین الکترودهای طلا و سیلیکون در وسایل معمولی شود.

البته ترانزیستورها نمی‌توانند بدون سیم کار کنند و محققین باید بدانند که از کدام مولکولها می‌توان سیمهای خوبی ساخت.

انتراستارت لیندسای و همکارانش در دانشگاه ایالتی آریزونا، نتایج مطالعات خود را در شماره امروز مجله Science ارائه دادند.

آنها زنجیره‌های کوچک کربنی را به شکل مو به یک لایه از طلا وصل می‌کنند.

اما فقط تعداد کمی از این شاخه‌ها از هردو طرف به لایه طلا متصل می‌شود.

محققین با ایجاد تماس بوسیله تیرک میکروسکوپ AFM که با طلا پوشش داده‌شده با این مولکولهای چسبیده به سطح طلا ، می‌توانند هدایت آنها را اندازه بگیرند.

اندازه‌گیریهای قبلی در مورد مولکولهایی مانند DNA منجر به نتایج مختلفی بر حسب روش اندازه‌گیری می‌شد.

لیندسای چنین بیان می‌دارد که: "وصل‌شدن هردو سر این مولکولها به سطح طلا، کلید حل مشکلات است.

چرا که با بستن هردو سر مولکول روی سطح طلا، از بسیاری از تغییرات جلوگیری می‌شود.

لیندسای می‌گوید: "این تکنیک محققین را قادر خواهدساخت تا خواص وسایل مولکولی مختلف را بررسی کرده و ببینند که آنها واقعا" چه رفتاری دارند." وی ادامه می‌دهد: "ما الآن می‌توانیم با شوق و دلگرمی در زمینه الکترونیک مولکولی فعالیت کرده واحساس خوبی نسبت به فیزیکدانها داشته‌باشیم." منبع : Scientific American نقش مهم محیط اطراف DNA 19 اکتبر2001- محیط اطراف DNA در سلولهای زنده نقش بسیار مهمی را در تنظیم حرکت بار الکتریکی از میان مولکول DNA بازی می‌کند.این تحقیق می‌تواند به فهم بهتر اینکه DNA چطور بوسیله فرآیندهای اکسیداسیون مصدوم می‌شود، کمک کند و مسیری را برای استفاده‌از DNA در فناوری نانو، ارائه نماید.

این مقاله اولین مقاله‌ای است,که برمبنای اطلاعات آزمایشگاهی، شبیه‌سازی دینامیکی مولکول با کامپیوتر و محاسبات پیچیده ساختار الکترونیکی توصیف می‌کند,که چگونه یونهای سدیم می‌توانند مهاجرت حفره‌های الکترونی را از میان DNA کنترل کنند.

حفره‌های الکترونی (موقعیتهای بار مثبت در ساختار DNA) در اثر فرآیندهای عادی اکسیداسیون سلول‌ها و پدیده‌های روزمره‌ای مثل تابش نور خورشید ایجاد می‌شوند.

حفره‌های الکترونی با گذر از میان DNA تا فاصله‌های بالای 30 نانومتر از جای اصلی‌شان، نهایتا" به موقعیتهای اصلی خود می‌رسند و درصورت آغاز انجام واکنشها می‌توانند به کدهای ژنتیکی آسیب برسانند.

گری شوستر , استاد شیمی و بیوشیمی و رئیس دانشکده علوم موسسه فناوری جورجیا می‌گوید:”مقاله ما یک روش جدیدی را در زمینه کنترل انتقال بار الکتریکی در DNA ارائه می‌دهد.

حرکت بار در DNA توسط حرکت مولکولهای آب ، یونهای سدیم،ساختمان DNA و بنیانهای DNA با هم کنترل می‌شود.

لذا واضح است که ما باید هم به DNA و هم به محیط اطرافش توجه کنیم.

مکانیسم اساسی حرکت بار که در این مقاله بحث شده است بر پایه دو اصل فیزیکی است: بارهای الکتریکی همنام همدیگر را دفع می‌کنند.

انرژی گرمایی ، موجب حرکت تصادفی اجزاء ریز مانند یونها ، اتمها و مولکولها می‌شود.

در مقاله‌ای که در سال 1999 در مجموعه مقالات دانشگاه ملی علوم منتشر شد, شوستر و همکارانش اظهار کرده‌ بودند, که بار الکتریکی از میان DNA در یک فرآیند تقریباً مخفی حرکت می‌کند و مولکول DNA سعی می‌کند خودش را کج کند تا بار را در یک موقعیت محلی پایدار گرداند.

در کار تحقیقاتی جدید شوستر و همکارانش سعی کرده‌اند تا علت اصلی حرکت بار و همچنین مکانیسم دینامیکی انتقال بار در مسافتهای دور را در DNA توضیح دهند.

نویسندگان مقاله به این نتیجه رسیدند، که حفره‌های الکترونی (بار مثبت) وقتی به یونهای هیدراته سدیم دارای بار مثبت در محیط آبی در اطراف DNA نزدیک می‌شوند, شروع به حرکت می‌کنند.

یوزی لاندمن, استاد فیزیک و رئیس مرکز فناوری جورجیا می‌گوید:”حفره‌های الکترونی در DNA حقیقتا" دوست ندارند, که نزدیک بارهای مثبت یونهای سدیم باشند؛ بنابراین یونهای آب‌پوشانی‌شده شروع به حرکتی تصادفی کرده، و باعث حرکت حفره‌های الکترونی می‌شوند.

به کمک یکی از بزرگترین محاسبات ساختار الکترونیکی, لاندمن و همکارانش رابرت بارنت و چارلز کلیولند پیش‌بینی کرده‌اند, که چگونه فرآیند بطور تئوری کار خواهد کرد.

این محاسبات روی یک کامپیوتر موازی IBM SP2 در مرکز فناوری جورجیا و دیگر سوپرکامپیوترها در مراکز ملی انجام گرفت.

شوستر و آبراهام جوی یک بخش از ساختمان DNA را با جایگزینی فسفات (دارای بار منفی) با متیل فسفات هم اندازه با آن, ولی با بار الکتریکی متفاوت تصحیح کردند.

آنها دریافتند, که DNA تصحیح شده, اصلاً نمی‌تواند یونهای سدیم را به خود جذب کند و در نتیجه مانع حرکت بارهای الکتریکی می‌شود.

لاندمن می‌گوید: ” یونهای سدیم با کاهش بار منفی فسفاتها تمایل کمی جهت نزدیکی به مولکول DNA از خود نشان می‌دهند و این امر احتمال حرکت بارها را از محل تصحیح شده کاهش می‌دهد.“ تحقیق لاندمن و شوستر نشان می‌دهد که خواص انتقال الکترونیکی ممکن است برای DNA در خارج از محیط طبیعی مطلوب نباشد.“ لاندمن می‌گوید:” از لحاظ هدایت الکتریکی، DNA هادی خوبی از نظر سرعت عبور بار نیست.

در بهترین شرایط هم، DNA یک هادی ضعیف است و در اکثر شرایط ، مخصوصا" در حالت خشک، عایق است.“ شوستر باور دارد که این تحقیق ارزش همکاری نزدیک بین دانشمندان تئوری‌پرداز و آزمایشگاهی را نشان می‌دهد.

او می‌گوید، در چند سال گذشته ما نگاهی به انتقال بار در DNA از لحاظ آزمایشگاهی داشته‌ایم, که شامل جمع‌آوری اطلاعات و مشاهدات دقیق بوده است.

با همکاری یوزی لاندمن، ما توانسیتم که این مشاهدات را با هم به یک شکل جدید و منطقی دربیاوریم و یک تئوری برای انتقال بار در DNA ارائه دهیم که هم دربرگیرنده اطلاعاتی است که ما نتیجه گرفته‌ایم و هم اطلاعات سایر آزمایشگاهها در سطح دنیا .

لاندمن می‌گوید، ما در حال حاضر قادر به برقراری ارتباط بین آزمایش و فرضیه هستیم.

لاندمن و شوستر امیدوارند در آینده در زمینه مهاجرت بارها و واکنشهای پیچیده‌ای که باعث صدمه زدن به DNA می‌شود, مطالعه کنند.

این تحقیقات توسط بنیاد ملی علوم و دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی آمریکا حمایت شده است.

سرمایه‌گذاری6 میلیارد دلاری شرکت Nantero درتولیدNRAM 23 اکتبر 2001- شرکت Nantero امروز اعلام کرد که بخش اول سرمایه لازم جهت تولید حافظه‌های جهانی با پایه نانولولـه‌ا‌ی (NRAM) را دریافت نموده‌ اسـت.

سرمایه‌گذاران اصلی عبارتنـد از Draper Fischer Jurveston (DFJ) - یکی از سرمایه‌گذاران اصلی در نانوتکنولوژی- و Stata Venture Partners که در زمینه نیمه‌هادیها کار می‌کنند.

همچنین شرکای دیگر عبارتند از هریس وشرکت Harris & Harris Group از نیویورک- یک سرمایه‌گذار جدید درزمینه نانو- و آلکس آربلوف، رئیس MIT و مؤسس Teradyne که به هیئت‌‌مدیره Nantero پیوسته‌است.

Nantero اخیرا" با استفاده از نانوتکنولوژی درحال تولید NRAM - یک تراشه حافظه اتفاقی, غیرفرار با ظرفیت بالا (RAM) - است.

انتظار می‌رود این شرکت، محصول RAM با ظرفیت بالایی را ارائه نماید که جایگزین تمام حافظه‌های موجود در بازار، از قبیل DRAM ، SRAM و Flash Memory شده و با عنوان "حافظه جهانی" شناخته شود.

جنیفر فونستاد، مدیر آموزش DFJ چنین بیان می‌دارد: "پتانسیلهای کاربردی NRAM باعث می‌شود, درآمدی بالـغ بـر 100 میلیارد‌ دلار فقـط از طریـق بالابـردن سرعـت کامپیوترها و تعویض Flash Memory در وسایلی چون پخش‌کننده‌های فایلهای صوتی، دوربین‌های کامپیوتری و کامپیوترهای همراه عاید شرکت Nantero شود و البته این رقم بدون درنظرگرفتن کاربرد NRAM در عرصه شبکه است." اخیرا" یک تیم کاملا" علمی متشکل از افرادی با تخصص در زمینه نانوتکنولوژی و نیمه‌هادیها تشکیل یافته و توسط دکتر توماس راک، مدیر و عضو هیئت‌رئیسه علمی شرکت، رهبری می‌شوند.

دکتر راک، مخترع طرح نانوالکترومکانیکی NRAM می‌گوید: "ما در طرح جدید خود برای NRAM از نانولوله‌های کربنی بعنوان اجزای اصلی حافظه استفاده کرده در حال ایجاد راهی بدون دردسر برای تولید تراشه حافظه و کامل‌کردن آن با فرآیند استاندارد نیمه‌هادیها هستیم." گریگ اشمرجل، مؤسس و مدیر اجرایی Nantero می‌افزاید: "از ما خواسته شده‌است که این بخش از سرمایه‌گذاری را تکمیل کنیم و از ما انتظار تولید محصول بیشتر و سرمایه‌گذاری شراکتی در آینده‌ا‌ی نزدیک را دارند." جانداران میکروسکوپی دریایی راهی به سوی نانوچیننده‌ها 23 اکتبر 2001- یک شکل تک‌سلولی میکروسکوپی از یک جلبک ممکن است در یافتن پاسخی برای یک سؤال قدیمی و پایدار در تحقیقات نانوتکنولوژی کمک مؤثری بنماید و آن سؤال اینست که "چگونه می‌توان مولکولها را وادار به خودچیدمانی نمود، بطوریکه ساختار موردنظر ما را بسازند؟" جواب‌دادن به این سؤال می‌تواندبه تولید نانوچیننده ها (Nano-Assemblers) که عبارتند از وسایلی که می‌توانند اشیاء را بطور مولکول به مولکول بسازندمنجر شود.

دستیابی به نانوچیننده ها تحولی خواهدبود که می‌تواند فرآیند ساخت مواد را دگرگون سازد.

دانشمندان در آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هـوایی در مورد موجودات ریز آغازین موسوم به دیاتومه‌ها(Diatom) مطالعه می‌کنند، تا ببینند این موجودات ریز چگونه مولکولهای سیلیس را گرفته و آنها را به ساختارهای سلولی تبدیل می‌کنند.

دیاتومه‌ها بخش اعظم پلانکتونهای موجود در آب تازه و آب‌ نمک را تشکیل می‌دهند و ساختارهای ریز و بسیار پیچیده‌ا‌ی از سیلیس را با دقت مولکولی می‌سازند.

آخرین تحقیقات در این زمینه نشان می‌دهد که دیاتومه‌ها از دو پروتئین برای کاتالیز نمودن سیلیکات استفاده کرده و آن را به شکلهای مختلفی کندانس می‌کنند.

دکتر مورلی استون و تیم تحقیقاتی‌اش در تیم مواد و تولید از آزمایشگاه نیروی هوایی، این امر را یک‌ قدم جلوتر برده‌و با استفاده از تکنیک تصویری هولوگرام که برای ساخت میکروساختارهای سه‌بعدی منجمله MEMS بکار می‌رود، پروتئین‌ها را به هم متصل نمودند.

دو پرتو لیزری بر روی یک پلیمر حساس به نور که با پپتید پوشش داده شده‌است، تابانده می‌شود.

این پپتیدها توسط دیاتومه‌‌ها و به‌منظور ایجاد ساختار سیلیسی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پرتوها به هم برخورد می‌کنند و باعث ایجاد بریدگیها یا شبکه‌هایی بر روی سطح پلیمر می‌شوند.

تیم دکتر استون، کار خود را بر مبنای یک فرآیند پلیمریزاسیون دو فوتونی قرار داده است.

برای تولید MEMS و وسایل ذخیره نوری از فرآیند تک فوتونی استفاده می‌شود، اما انرژی و تشعشع مورد استفاده در این فرآیند ممکن است پروتئین‌ها را از بین ببرد.

آنها با بکارگیری فرآیند دو فوتونی این امکان را یافتند که پپتیدها را بدون اینکه آسیبی ببینند، درون یک شبکه جمع‌آوری نمایند.