محققان یک شرکت هلندی از طریق تزریق نوعی فیبر مقاوم در برابر پارگی، موفق به تولید محصولی شدند که ۱۵ برابر از فولاد مقاوم تر است.

به گزارش شیمی صنعت ، شرکت هلندی “Ecco Leather” طی همکاری با شرکت آمریکایی “DSM Dyneema” موفق شدند که از طریق افزودن نوعی فیبر مقاوم در برابر پارگی به چرم، محصولی تولید کنند که ۱۵ برابر مقاوم تر از فولاد بوده و در عین حال، آنقدر سبک است که قابلیت شناور ماندن روی آب را دارا می باشد.

این محصول ترکیبی که “Dyneema Bonded Leather” نامگذاری شده است، از ضخامت پارچه و بافت چرم برخوردار است.

طراح این پارچه، “سرولی رخت” می گوید: «فرآیند تولید شامل دباغی، تزریق و پرداخت نهایی است. چالش اصلی، ساختن راهی برای تزریق یکسان فیبر در تمام سطح چرم بود؛ چون این ماده باید از چسبندگی و یکپارچگی بالایی برخوردار باشد تا قابلیت مقاومت در برابر پرداخت های ثانویه و نهایی را داشته باشد.

پس از دستیابی به روشی مناسب جهت این کار، مراحل تراش، پولیش و پرداخت نهایی توسط شرکت “Ecco Leather” انجام شده است.»

“رخت” این موضوع را هم بیان کرده که با استفاده از این ماده، کوله پشتی بزرگی تولید کرده اند که در حالت عادی تا ۵ الی ۶ کیلوگرم وزن دارد اما چون از این ماده تولید شده، تنها ۲۰۰ گرم است. او اضافه می کند:

«از این ماده که به حالت چرم است، می توان در محصولات گوناگونی بهره مند شد؛ صنایعی را تصور کنید که استفاده از چرم می تواند ظرفیت آنها را چند برابر کند اما به دلیل وزن نسبتا زیاد، امکان آن وجود ندارد.»

چرم در شرایط طبیعی با کاهش ضحامت، دچار کاهش استحکام نیز می شود اما این فناوری چنین امکانی را می دهد که چرم را توسط فناوری های پیشرفته ترکیب کرده و محصولی ظریف، سبک و بسیار مقاوم تولید کند.

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com

پژوهشگران موفق شدند پارچه ای با قابلیت خنثی سازی اثر تسلیحات شیمیایی تولید کنند و از این طریق، جان افرادی که ممکن است با این نوع ادوات کشته شوند، نجات دهند.

اختراع جدید دانشمندان از نوعی “چهارچوب فلزی اورگانیک” برای دستیابی به خواص جادویی خود بهره می گیرد؛ اما درباره تسلیحات شیمیایی باید این نکته را مورد توجه قرار داد که آنها سلاح هایی هستند که از خود مواد شیمیایی خطرناک پراکنده می کنند و می توانند به کشته شدن هزاران نفر در طی چند دقیقه منجر شوند.

همانطور که ساختار یک سلاح شیمیایی از عناصر پرتوزا تشکیل شده، حفاظت از آنها هم بسیار دشوار است؛ چرا که تأثیرات آن در کمترین زمانی روی پوست فرد بروز می کند و در کسری از ثانیه جذب آن می شود.

گفتنی است محققان مدت هاست روی راهکارهای احتمالی برای مقابله با این تسلیحات کار کرده اند و یکی از جدیدترین دستاوردها در این زمینه هم “چهارچوب فلزی اورگانیک” و یا MOF ها هستند که بر اساس عنصر زیرکونیم (Zr) ساخته می شوند.

پودرهای ساخته شده بر پایه این تکنیک قادر اند که اثر تسلیحات شیمیایی را کم کرده یا آنها را به صورت کامل از میان بردارند. البته این مواد مشکلات مختص خود را دارند که یکی از آنها، ناپایداری شان است. بنابراین؛ دانشمندان به جای آنکه تلاش کنند این پودرهای ناپایدار را بر روی پارچه به کار بگیرند، تصمیم گرفتند چهارچوب های مذکور را مستقیما روی بافت خود پارچه تشکیل دهند.

آنان در ادامه، حاصل کار را با ماده ای که شباهت زیادی به عوامل عصبی مورد استفاده در تسلیحات شیمیایی داشت، تحت آزمایش قرار دادند و دریافتند که پارچه قادر به خنثی سازی ترکیبات یاد شده در کمتر از ۵ دقیقه است. لازم به ذکر است این پارچه در تأسیساتی کاربرد دارد که در آنها افراد به صورت مداوم در معرض مواد شیمیایی خطرناک قرار دارند و از آن جمله می توان به کارکنان اورژانس اشاره نمود.

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com

در حالی که چگونگی کشتن باکتری‌ها توسط فلز خاص نقره رازی سربه‌مهر است، انسان از قرن‌ها پیش خواص ضدمیکروبی آن را می‌شناسند. حال پژوهشگران دانشگاه آرکانزاس در آرکانسای آمریکا، با نگاهی به پویایی پروتئین‌ها در باکتری‌های زنده در سطح مولکولی، گامی بزرگ در جهت درک بهتر این فرآیند برداشته‌اند. یونگ وانگ، استادیار فیزیک و نویسنده‌ی پژوهش جدیدی که در مجله‌ی میکروبیولوژی کاربردی و محیطی منتشر شده است، می‌گوید:

به‌طورسنتی، اثرات ضد میکروبی نقره از طریق زیست‌سنجی (bioassay) سنجیده می‌شود. این روش، اثر یک ماده‌ در ارگانیسم آزمایشی را در برابر یک داروی استاندارد و بدون درمان، مقایسه می‌کند؛ این‌گونه روش‌ها موثر هستند؛ اما معمولاْ تنها تصویر و واکنشی لحظه‌ای را در زمان تولید می‌کنند.

برای اینکه گفته‌ی یونگ‌وانگ بهتر درک شود باید گفت، زیست‌سنجی برای تعیین قدرت نسبی یک ماده (به عنوان مثال، یک دارو یا هورمون یا ماده‌ی سمی) با مقایسه‌ی اثر آن بر روی یک ارگانیسم مدل با استاندارد از پیش آماده شده است. به طور مشابه، زیست‌سنجی روشی برای توسعه‌ی اطلاعات سم‌شناسی روی موجوداتی است که فیزیولوژی آن‌ها شبیه به موجوداتی فرض می‌شود که مورد توجه مستقیم قرار دارند.

یون‌های نقره چگونه باکتری‌ها را از بین می‌برند؟

وانگ و همکارانش برخلاف معمول، از یک روش تصویربرداری پیشرفته استفاده کردند؛ آن‌ها با استفاده از یک میکروسکوپ بومی‌سازی‌شده‌ی «ردیاب تک‌ذره» و فوتوکتیزه‌شده (PALM یا FPALM) پروتئین خاص موجود در باکتری‌های E.Coli را به‌مرورزمان مشاهده و بررسی کردند.

شایان ذکر است فوتوکتیزه‌شده (PALM یا FPALM) یه نوع روش تصویربرداری با میکروسکوپ فلورسانس است که تصاویری با وضوح بسیار بالا ارائه می‌دهد؛ همچنین «اشریشیا کُلی۶» (نام علمی: Escherichia coli) یا بطور اختصار E.coli، نوعی باسیل گرم منفی از خانواده‌ی انتروباکتریاسه‌ است که بطور شایع در روده‌ی جانوران خون‌گرم وجود دارد.

در نهایت برخلاف آنچه که قبلاْ‌ تصور می‌شد، پژوهشگران دریافته‌اند که یون‌های نقره باعث افزایش پویایی یا دینامیک پروتئین می‌شود. وانگ می‌گوید:

یون‌های نقره به عنوان سرکوب‌کننده و ازبین‌برنده‌ی باکتری‌ها شناخته شده است؛ بنابراین انتظار این‌ بود که در مواقع درمان با نقره همه‌چیز در باکتری‌ها کند شود؛ اما در کمال تعجب دریافتیم که پویایی پروتئین سریع‌تر می‌شود.

پژوهشگران مشاهده کردند که یون‌های نقره باعث می‌شود رشته‌های جفت‌شده‌ی DNA از باکتری‌ها جدا شوند و اتصال بین پروتئین و DNA تضعیف شود. وانگ اضافه می‌کند:

بنابراین پویایی سریع‎تر پروتئین‌ها ناشی از نقره، قابل درک است. وقتی پروتئین به DNA متصل می‌شود، به آرامی همراه با DNA حرکت می‌کند؛ چراکه یک مولکول حجیم در باکتری است. درمقابل وقتی با نقره درمان شود، پروتئین از DNA جدا می‌شود و به‌خودی‌خود حرکت می‌کند؛ بنابراین سریع‌تر می‌شوند.

مشاهده‌ی جداسازی DNA ناشی از یون‌های نقره جزو کارهای اولیه وانگ و همکارانش بود؛ آن‌ها این‌کار را از طریق خم‌کردن DNA انجام داده بودند. در حال حاضر رویکرد آن‌های ثبت‌اختراع تحت فشارقراردادن DNA با استفاده از خم‌کردن آن‌ها است؛ این کار DNA را مستعد تعامل با سایر مواد شمیمیایی، از جمله یون‌های نقره می‌کند.

اکنون با تأمین بودجه‌ توسط بنیاد ملی علوم، ایده‌ی تحقیق درباره پویایی پروتئین‌های منفرد در باکتری‌های زنده تأیید شده است؛ وانگ گفت:

این رویکرد می‌تواند به پژوهشگران در درک واکنش‌های واقعی باکتری‌ها نسبت به نانوذرات نقره کمک‌کند. نانوذرات‌نقره برای مبارزه با سوپرباگ‌های مقاوم در برابر آنتی‌بیوتیک‌های معمول که تجویز می‌شوند، پیشنهاد شده است. آنچه که ما در نهایت می‌خواهیم این است که با استفاده از دانش جدید حاصل از این پروژه، آنتی‌بیوتیک‌های بهتری براساس نانوذرات نقره ساخته شوند.

زیست‌شناسی مصنوعی نه‌تنها فرایندهای حیات را مشاهده و توصیف می‌کند؛ بلکه از آن‌ها نیز تقلید می‌کند. یکی از ویژگی‌های مهم حیات توانایی تکثیر محسوب می‌شود و این به‌معنای حفظ سیستم شیمیایی است. دانشمندان مؤسسه‌ی بیوشیمیایی ماکس پلانک آلمان سیستمی ساخته‌اند که می‌تواند بخش‌هایی از DNA و واحدهای ساختمانی پروتئین خود را بازتولید کند.

پژوهشگران حوزه‌ی زیست‌شناسی مصنوعی فرایندهای «پایین به بالا» را بررسی می‌کنند که به‌معنای تولید سیستم‌های تقلیدکننده‌ی زندگی با استفاده از واحدهای ساختمانی بی‌جان است. یکی از ویژگی‌های اساسی‌ تمامی موجودات زنده قدرت حفظ و تکثیر خود به‌عنوان وجودی متمایز است. با‌این‌حال، رویکرد مصنوعی پایین به بالا برای ایجاد سیستمی که بتواند خود را تکثیر کند، چالش تجربی بزرگی است. دانشمندان نخستین‌بار بر این مانع غلبه کرده و چنین سیستمی ساخته‌اند.

هانس ماشلر، رئیس گروه پژوهشی سیستم‌های بیومیمتیک در مؤسسه‌ی ماکس پلانک، همراه‌با دیگر اعضای گروهش روی تقلید از تکثیر ژنوم‌ها و سنتز پروتئین‌ها با رویکردی پایین به بالا کار می‌کنند. هر دو این فرایندها برای حفظ و تولیدمثل سیستم‌های بیولوژیکی اساسی هستند. این پژوهشگران موفق شده‌اند سیستمی درون‌آزمایشگاهی بسازند که در آن، هر دو فرایند می‌تواند هم‌زمان انجام شود. ماشلر توضیح می‌دهد:

سیستم ما می‌تواند بخش درخورتوجهی از اجزای مولکولی خود را بازتولید کند.

پژوهشگران برای آغاز فرایند مذکور به دستور ساخت و دستگاه‌های مولکولی و مواد مغذی مختلفی نیاز داشتند. فرایند ترجمه در بیولوژی به‌معنای این است که دستور ساخت قطعه DNA حاوی اطلاعات لازم برای تولید پروتئین‌ها است. پروتئین‌ها معمولا به‌عنوان ماشین‌های مولکولی شناخته می‌شوند؛ زیرا اغلب به‌عنوان کاتالیزور عمل و واکنش‌های بیولوژیکی را در موجودات زنده تسریع می‌کنند. واحدهای ساختمانی اصلی DNA نوکلئوتیدها هستند و پروتئین‌ها نیز از اسیدهای آمینه ساخته می‌شوند.

ساخت ژنوم مصنوعی که خود را تکثیر می‌کند

فاکتورهای ترجمه‌ی ژنوم مصنوعی از باکتری اشریشیای کلی می‌آیند. این پروتئین‌ها برای ترجمه‌ی دستورهای موجود در توالی DNA به پروتئین مهم است؛ بنابراین، برای سیستم‌های خودتکثیرکننده نیز ضروری هستند.

پژوهشگران سیستم بیان درون‌آزمایشگاهی را ایجاد کردند که پروتئین‌ها را براساس الگوی DNA سنتز می‌کند. سیستم بیان درون‌آزمایشگاهی اکنون می‌تواند به‌طور بسیار کارآمدی پروتئین‌های معروف به DNA پلیمراز را بسازد و این DNA پلیمرازها با استفاده از نوکلئوتیدها DNA را تکثیر می‌کنند. کای لیبیکر، نویسنده‌ی نخست مقاله، توضیح می‌دهد:

برخلاف مطالعات گذشته، سیستم ما می‌تواند قطعات نسبتا طولانی از DNA را بخواند و نسخه‌برداری کند.

دانشمندان با استفاده از ۱۱ قطعه‌ی حلقه‌مانند، از DNA ژنوم‌های مصنوعی را مونتاژ کردند. این ساختار چندبخشی به آن‌ها اجازه داد قطعات خاصی از DNA را به‌آسانی درج یا حذف کنند. بزرگ‌ترین ژنوم چندبخشی ساخته‌شده در این مطالعه شامل بیش از ۱۱۶ هزار جفت باز بود که به طول ژنوم سلول‌های بسیار ساده می‌رسد.

بازتولید پروتئین‌ها

ژنوم مصنوعی علاوه‌بر رمزگذاری پلیمرازها که برای تکثیر DNA مهم هستند، حاوی الگوهایی برای ساخت پروتئین‌های دیگری مانند ۳۰ فاکتور ترجمه است که از باکتری اشریشیای کلی نشئت گرفته‌اند. عوامل ترجمه برای ترجمه‌ی الگوی DNA به پروتئین‌های مرتبط مهم هستند؛ بنابراین، برای سیستم‌های خودتکثیرکننده ضروی به‌شمار می‌آیند که از فرایندهای بیوشیمیایی تقلید می‌کنند.

پژوهشگران برای نشان‌دادن این موضوع که سیستم بیان درون‌آزمایشگاهی آن‌ها نه‌تنها می‌تواند DNA را تکثیر کند؛ بلکه می‌تواند فاکتورهای ترجمه را نیز تولید کند، از طیف‌سنجی جرمی استفاده کردند. آن‌ها به‌کمک این روش مقدار پروتئین تولیدشده‌ی سیستم را تعیین کردند. در کمال شگفتی، برخی از فاکتورهای ترجمه حتی پس از واکنش، در مقادیر بیشتری از آن چیزی حضور داشتند که قبلا افزوده شده بود.

به‌گفته‌ی پژوهشگران، این موفقیت گامی مهم به‌سوی ایجاد سیستمی خودتکثیرکننده است که از فرایندهای بیولوژیکی تقلید می‌کند. دانشمندان قصد دارند در آینده، ژنوم مصنوعی را با افزودن بخش‌های دیگری از DNA گسترش دهند. آن‌ها می‌خواهند با همکاری همکارانی از شبکه‌ی پژوهشی MaxSynBio، سیستم پوشش‌داری تولید کنند که بتواند با افزودن مواد مغذی و دفع مواد زائد زنده بماند.

چنین سلولی کاربردهای مختلفی خواهد داشت؛ مثلا می‌تواند در بیوتکنولوژی به‌عنوان ماشینی برای تولید اختصاصی مواد طبیعی با به‌عنوان پلتفرمی برای ساخت سیستم‌های شبه‌زنده پیچیده‌تر استفاده شود.

نتایج این مطالعه در مجله Nature communicatins منتشر شده است.

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com