واليوم، من المتوقع أن يتمكن الكيميائيون التحليليون من اكتشاف جزيء واحد باستخدام أنف اصطناعي. يعتقد باحثون من ألمانيا أنهم حققوا طفرة في تكنولوجيا النانو من شأنها أن تجعل هذا ممكنا
واليوم، من المتوقع أن يتعرف الكيميائيون التحليليون حتى على عزلة واحدة. ومن أجل النجاح في مثل هذا العمل "البوليسي" الحساس، قام علماء النانو بتطوير أوتار صغيرة تخلق رنينًا ذا طبيعة متميزة. فإذا استقرت فرودا معينة على أحد هذه الأوتار فإنها تصبح أثقل وتتباطأ اهتزازاتها ويكون هذا التغير قابلاً للقياس. ومع ذلك، حتى وقت قريب، كانت مثل هذه "الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية" ("الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية"، NEMS) لها تطبيقات عملية محدودة فقط.
حقق فيزيائيون من جامعة ميونيخ في ألمانيا (LMU) تقدمًا كبيرًا في هذا المجال: فقد بنوا نظامًا من الأوتار النانوية يتكون من مادة لا توصل الكهرباء، وكل وتر قادر على الإثارة كهربائيًا بشكل فردي. ويمكن وضع الآلاف من هذه الخيوط على شريحة صغيرة. ومن الأجهزة التي سيتم تصنيعها من هذا النظام "الأنف الاصطناعي" ذو الحساسية العالية الذي سيكون قادرا على التعرف على مجموعة متنوعة من الجزيئات - الملوثات على سبيل المثال - بشكل فردي.
ويمكن استخدام هذا النظام الجديد أيضًا في مجموعة واسعة من التطبيقات الأخرى، على سبيل المثال، يمكنه إنتاج نبضات صغيرة في الساعات الموجودة في الهواتف المحمولة.
لقد أصبح الآن التحديد السريع والمؤكد وغير المكلف لعزلة واحدة مهمة ممكنة في أيدي الكيميائيين التحليليين. ولحسن الحظ، هناك طريقة يمكنهم استخدامها لتحقيق هذه المهمة، والتي تعتمد على تقنية النانو: نظام كهروميكانيكي نانوي. تعتمد هذه الأنظمة على أوتار يبلغ قطرها مائة نانومتر -حوالي خمس عرض شعرة الإنسان- يمكن تحفيزها كهربائيًا بحيث تهتز بتردد معين. إذا تم تغليف هذه الخيوط بالنوع المناسب من المواد الكيميائية، فسوف تتمكن الحيوانات المختلفة من الاستقرار عليها. بطريقة أكثر تحديدًا - يمكن وضع نوع واحد فقط من الحنق على كل سلسلة على حدة.
وعندما تستقر الأنثى على الوتر المهتز المقابل لها، يصبح الوتر أثقل قليلًا، وبالتالي يصبح تذبذبه أبطأ قليلًا. "من خلال قياس دورة التذبذب، نحن قادرون على تحديد المادة الكيميائية المعينة على المستوى الجزيئي من الدقة"، يوضح الباحث كيرين أونترايثمير، المؤلف الأول للمقال الذي يصف الدراسة المذكورة أعلاه. "بطريقة مثالية، من الممكن إنتاج شريحة صغيرة بحجم ظفر الإصبع ترتبط بها عدة آلاف من هذه السلاسل، بحيث تحدد كل واحدة منها بشكل انتقائي للغاية نوعًا واحدًا فقط من الضفادع - بحيث يمكن لـ "الأنف الاصطناعي" "بأعلى حساسية يمكن بناؤها."
حتى يومنا هذا، كان إعداد مثل هذه الأنظمة محدودًا من الناحية الفنية - وكانت المشكلة الرئيسية هي إنتاج وقياس اهتزازات الأوتار. صحيح أن الأوتار النانوية يمكن أن تهتز باستخدام الإثارة الميكانيكية المغناطيسية أو الكهرضغطية أو الكهروحرارية، لكن هذه الطرق لا تعمل إلا عندما تكون الأوتار النانوية مصنوعة من المعدن، أو على الأقل مغلفة بالمعدن، مما يقلل بشكل كبير من معدل التذبذبات. الحقيقة التي تمنع القياس الحساس. مثل هذه الأنظمة الأقل حساسية لا تسمح بتحديد سلالة واحدة. كما أنه من الصعب التمييز بين الإشارات المختلفة التي تنشأ من أوتار اهتزازية مختلفة.
والطريقة الجديدة التي تم تطويرها منذ فترة طويلة تتغلب على هذه المطبات. نجح فريق من الباحثين من جامعة ميونيخ في بناء نظام يتم فيه تحفيز الأوتار النانوية بشكل فردي بواسطة نشاط عازل (غير موصل) - وهي نفس الظاهرة التي تتسبب في وقوف الشعر في يوم شتوي. بناءً على هذا المبدأ الفيزيائي، يتم تحفيز الأوتار النانوية، المكونة من نيتريد السيليكون غير الموصل، للاهتزاز عند تعريضها لمجال كهربائي متذبذب غير منتظم ومن ثم يمكن قياس تذبذباتها.
يتم إنشاء المجال الكهربائي المتناوب المطلوب لهذا الإثارة بين قطبين كهربائيين ذهبيين يقعان بالقرب من الخيط نفسه. يتم قياس التذبذبات نفسها بواسطة قطبين كهربائيين آخرين. يوضح أحد الباحثين: "لقد بنينا المصفوفة المذكورة أعلاه باستخدام أساليب الحفر". "ولكن كان من السهل القيام بذلك - بل وتكراره آلاف المرات على نفس الشريحة. وكانت الخطوة التالية هي الحاجة إلى التأكد من إمكانية إثارة كل سلسلة كهربائيًا بشكل منفصل، بشكل فردي." وفي المجمل، ينبغي أن تكون هذه مهمة فنية بسيطة، ولكنها مهمة من شأنها أن تمكن من تحقيق تقدم كبير في الكشف عن المواد الكيميائية. علاوة على ذلك، هناك العديد من التطبيقات الأخرى التي يمكن تطويرها خارج هذا "الأنف الاصطناعي". من بين أشياء أخرى، يمكن استخدام هذه الأوتار النانوية كمولدات نبض في ساعات الهاتف المحمول، على سبيل المثال. يمكن استخدام هذه الرنانات المبتكرة (الرنانات، أجهزة تضخيم الصوت عن طريق الرنين) كمرشحات إشارة كهربائية انتقائية بشكل خاص في الأنظمة المترولوجية (نظرية الأوزان والمقاييس)، مثل التوازنات الجزيئية.
المزيد عن هذا الموضوع على موقع العلوم
تعليقات 4
في الأساس نعم.
لدى الكلب المزيد من أجهزة استشعار الشم، بالإضافة إلى أن حوالي ربع دماغه مخصص لتحليل الروائح.
لكن كل هذا يتوقف على عدد أجهزة الاستشعار التي نضعها ومدى زيادة الطاقة التي نحصل عليها.
باحثون ألمان :) خبراء الأنف والحواس.
الأنف اليهودي المنهك ننتقل الآن إلى الأبحاث والتطبيقات مع الأنف الاصطناعي.
"أنا لا أعرف ما إذا كنت أضحك أم أبكي، لذلك ها ها." إنها رائحة شيء على أي حال.
سؤال - هل سيكون هذا الأنف أكثر حساسية من أنف الكلب؟ لأن حاسة الشم لدى سلالات معينة من الكلاب توصف دائمًا بأنها شيء رائع حقًا، الكلاب القادرة على اكتشاف آثار فردية لمخدر ما، أو مادة متفجرة أو أثر رائحة الشخص حتى عندما يقود سيارة على الطريق السريع ( لقد أظهروا مثل هذا العرض في برنامج تلفزيوني منذ وقت ليس ببعيد!) هل ينبغي أن يكون أكثر حساسية وكفاءة من أنف الكلب؟
رائحته سيئة