نقش نانو پروب‌های ریز در رابط‌های انسان - ماشین

مفهوم مدارهای مغز (تصویر آرشیوی).
اعتبار: © santiago silver / Adobe Stock
 

به لطف گروه تحقیقاتی جدید لیِبِر  در دانشگاه هاروارد، و نیز دانشمندانی از دانشگاه سورری و یونسِی، تحقق انسان های ارتقاء توان یافته توسط ماشین - یا سایبورگ ها، آنگونه که در افسانه های علمی شناخته شده است - می تواند یک قدم به تبدیل شدن به یک واقعیت نزدیک شده باشد.
 
محققان بر این امر مهم تاریخی فائق آمدند که آرایه های نانوپروب مقیاس پذیر بسازند که آنقدر کوچک باشند که کارهای داخلی سلول های قلب انسان و نورون های اولیه را ثبت کنند.
 
توانایی خواندن فعالیت های الکتریکی از سلول ها، پایه و اساس بسیاری از رویه های زیست پزشکی مانند نقشه برداری فعالیت مغز و پروتز عصبی است. توسعه ابزارهای جدید برای الکتروفیزیولوژی درون سلولی (جریان الکتریکی جاری در سلول ها) که محدودیت های آن چیزی که از لحاظ فیزیکی امکان پذیر است (تفکیک پذیری زمانی-فضایی) را پشت سر می گذارد ، در حالی که حالت تهاجمی را کاهش می دهد، می تواند درک عمیقتری از سلولهای الکتروژنیک و شبکه های آنها در بافت ها، و همچنین هدایت های جدید برای رابط های انسان – ماشین، فراهم کند.
 
در مقاله ای که از سوی مجله نانوتکنولوژی طبیعت منتشر شد، دانشمندانی از مؤسسه فن آوری پیشرفته سورری (ATI) و دانشگاه هاروارد جزئیاتی را شرح می دهند که چگونه آرایه ای از پروب های ترانزیستوری اثر میدان نانو سیم U شکل فوق العاده کوچک برای ضبط داخل سلولی تهیه کردند. از این ساختار که به نحوی باور نکردنی کوچک است استفاده شد برای ضبطِ، با وضوح عالیِ، فعالیت درونی نورون های اولیه و دیگر سلول های الکتروژنیک، و دستگاه دارای ظرفیت ضبط چند کاناله است.
 
دکتر یونلانگ ژائو از ATI در دانشگاه سورری، گفت: "اگر متخصصان پزشکی ما قرار است به فهمیدنِ بهترِ شرایط فیزیکیمان ادامه دهند و کمک کنند که زندگی طولانی تری داشته باشیم، مهم است که همچنان مرزهای علوم مدرن را هُل دهیم به این منظور که به آنها بهترین ابزارهای ممکن برای انجام کارهایشان را بدهیم. برای اینکه این امر ممکن شود، تقاطعی بین انسان ها و ماشین ها اجتناب ناپذیر است."
 
"پروب های نانوسیم انعطاف پذیر فوق العاده کوچک ما می تواند یک ابزار بسیار قدرتمند باشد زیرا آنها می توانند سیگنال های داخل سلولی را با دامنه هایی قابل مقایسه با آنهایی که با تکنیک های گیره وصله اندازه گیری  می شوند اندازه گیری کنند؛ با این مزیت که دستگاه مقیاس پذیر است، این امر باعث زحمت کمتر بدون آسیب مهلک بر سلول (آماس سیتوسُل) می شود. از طریق این کار، ما شواهد واضحی یافتیم که چگونه هر دو اندازه و انحنا تأثیر می گذارد بر باطن دستگاه و سیگنال ضبط داخل سلولی."
 
پروفسور چارلز لیبر از دپارتمان شیمی و زیست شناسی شیمی در دانشگاه هاروارد، گفت: "این کار نشان دهنده یک گام بزرگ در مقابله با مشکل عمومی ادغام بلوک های ساختمانی نانومقیاس "ترکیبی" در آرایه های مقیاس تراشه و ویفر است و از آن طریق رخصت دادن به خودمان که به چالش طولانی مدت ضبط مقیاس پذیر داخل سلولی رسیدگی کنیم."
 
"زیبایی علم برای بسیاری، از جمله خودمان، داشتن چنین چالش هایی برای پیش راندن فرضیه ها و کارهای آینده است. در طولانی مدت تر، ما اینگونه می نگریم که این پیشرفت های پروب به قابلیت های ما می افزاید که سرانجام منجر به رابط های پیشرفته مغز – ماشین با تفکیک پذیری بالا  می شود و شاید در نهایت سایببورگ ها را به واقعیت آورد."
 
پروفسور راوی سیلوا، مدیر ATI در دانشگاه سورری، گفت: "این قطعه کار فوق العاده هیجان انگیز و بلند پروازانه ارزش همکاری دانشگاهی را نشان می دهد. پروب های نانوسیم انعطاف پذیر فوق العاده کوچک ما می تواند یک ابزار بسیار قدرتمند باشد زیرا آنها می توانند سیگنال های داخل سلولی را با دامنه هایی قابل مقایسه با آنهایی که با تکنیک های گیره وصله اندازه گیری  می شوند اندازه گیری کنند. همراه با امکان ارتقاء ابزارهایی که ما برای نظارت بر سلول ها استفاده می کنیم، این کار پایه هایی را مستقر کرده است برای رابط های ماشین و انسان که می تواند زندگی هایی را در سراسر جهان بهبود بخشد."
 
دکتر یونلونگ ژائو و تیم او در حال حاضر بر روی دستگاه های جدید ذخیره انرژی، پروب الکتروشیمیایی، دستگاه های بیوالکترونیک، سنسورها و سیستم های الکترونیکی سه بعدی کار می کنند.
 

نویسندگان داستان های علمی - تخیلی مدت هاست در مورد پیوندی های ماشین – انسان که قدرت های خارق العاده دارند تصور پردازی می کنند. با این حال، "سوپر گیاهان" با نانومواد یکپارچه ممکن است بسیار نزدیک تر به واقعیت باشند. امروزه دانشمندان گزارش توسعه گیاهانی که می توانند نانوموادی به نام چارچوب های فلزی-آلی (MOF) بسازند و استفاده از MOF ها به عنوان پوشش های روی گیاهان را می دهند. گیاهان تکمیل شده می توانند به طور بالقوه کارهای جدید مفیدی را انجام دهند، مانند حسگری شیمیایی یا به دام اندازی مؤثرتر نور.
 
به گفته پژوهشگر اصلی پروژه، دکتر جوزف ریچاردسون، انسانها هزاران سال در حال معرفی مواد خارجی به گیاهان بوده اند. به مواد گیاهی خارجی وارد شده اند. او می گوید: "یک نمونه از این امر، رنگ کردن گیاه است." "برای این کار شما باید ساقه برش داده شده‌ی گل را در برخی از رنگ ها فرو کنید و رنگ به داخل ساقه کشیده خواهد شد و به داخل گلبرگ ها نفوذ خواهد کرد و سپس این رنگ های زیبا را می بینید".
 
به دلیل وجود شبکه های گسترده عروقی، گیاهان به راحتی آب و مولکول های محلول در مایعات را جذب می کنند. لکن، مواد بزرگتر و نانوذراتی مانند MOF ها برای نفوذ در ریشه مشکل دارند. بنابراین ریچاردسون و همکارانش در دانشگاه ملبورن (استرالیا) از خود می پرسند که آیا امکان دارد که آنها بتوانند گیاهان را با ماه های متشکله MOF تغذیه کنند، به گونه ای که گیاهان آنها را جذب و سپس تبدیل به نانومواد تمام شده کنند. MOF ها - که شامل یون های فلزی یا خوشه های مرتبط با مولکول های آلی هستند - بلورهای بسیار متخلخلی را تشکیل می دهند که می توانند بسیار شبیه یک اسفنج، مولکول های دیگر را جذب، ذخیره و آزاد کنند.
 
منبع: دانشگاه سوررِی و انجمن شیمی آمریکا