ابداع نانولوله‌هایی دو میلیون برابر کوچکتر از مورچه

دانشمندان نانولوله‌هایی ساخته‌اند که دو میلیون بار کوچکتر از یک مورچه است و این لوله‌های میکروسکوپی می‌توانند منجر به درمان مستقیم سرطان و التهاب مفاصل شوند و حتی باتری‌های بهتری ایجاد کند.

کد خبر: ۵۰۹۶۲۵

تاریخ: ۱۷ شهريور ۱۴۰۱ - ۱۳:۵۶

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از آی‌ای، پژوهشگران دانشکده مهندسی جانز هاپکینز وایتینگ با استفاده از رشته‌های دی‌ان‌ای، لوله‌های میکروسکوپی بدون نشتی ساخته‌اند که قطر هر یک از این لوله‌های دی‌ان‌ای یا نانولوله‌ها فقط در حدود ۷ در ۱۰ به توان منفی ۹ متر است و طولی تقریباً شبیه به یک ذره غبار دارد.

این نانولوله‌ها با این کوچکی، پتانسیل بالایی دارند، زیرا می‌توانند در آینده برای مطالعه بیماری‌های پیچیده و رساندن داروها به سلول‌های بدن انسان مورد استفاده قرار گیرند.

دانشمندان با ترکیب نانولوله‌های مختلف با هم می‌توانند شبکه‌های بزرگی از لوله‌های دی‌ان‌ای ایجاد کنند و آن‌ها را به ساختارهای زیستی میکروسکوپی مختلف (ساختارهای موجود در موجودات زنده) برای انجام وظایف مختلف از جمله انتقال مولکول‌های زیستی مرتبط کنند. چنین شبکه‌ای از نانولوله‌ها می‌تواند به عنوان لوله‌کشی کوچکی برای کاربردهای مختلف عمل کند.

پروفسور "ربکا شولمن" دانشیار دانشگاه جانز هاپکینز و یکی از پژوهشگران ارشد این مطالعه در توضیح بیشتر پتانسیل این نانولوله‌ها می‌گوید: لوله‌کشی کوچک‌تر ممکن است به ما در تجزیه و تحلیل مولکول‌های فردی کمک کند که در نهایت می‌تواند به جای استفاده از مواد متخلخل با طراحی مجراهایی که یون‌ها از آن عبور می‌کنند، در ساخت داروها یا آنزیم‌های بهتر، جداسازی سموم یا حتی ساخت باتری‌های بهتر کمک کند.

وی معتقد است که اگرچه هنوز بیش از ۱۰ سال با این فناوری‌ها فاصله داریم، اما اساس آنها در مواردی مانند لوله‌کشی نانو و توانایی اندازه‌گیری و کنترل دقیق لوله‌هایی است که لوله‌کشی از آنها ساخته شده است.

علم عجیب پشت نانولوله‌ها

نانولوله‌ها نسخه بسیار تکامل یافته نانوحفره‌ها هستند که ساختارهای دی‌ان‌ای (DNA) کوچکی هستند که در برخی از مطالعات منتشر شده قبلی پیشنهاد شده‌اند. یک نانوحفره طوری طراحی شده است که به عنوان مجرای عبور از یک مانع نازک بین دو محفظه عمل کند. نمونه‌هایی از چنین موانعی غشاهای سلولی هستند. این نانوحفره‌ها به مواد اجازه می‌دهند به داخل و خارج از سلول حرکت کنند و در ورقه‌های فلزی یا گرافن به توالی‌یابی دی‌ان‌ای کمک می‌کنند.

تفاوت اصلی میان نانولوله و نانوحفره، طول آنها است. دومی معمولاً ۱۰ تا ۵۰ نانومتر طول دارد و نشتی در آن رخ می‌دهد. بنابراین یک نانوحفره نشتی اجازه نمی‌دهد چیزی از آن عبور کند. از طرف دیگر، طول یک نانولوله برحسب میکرون (در محدوده ۱۰ به توان منفی ۶ متر) است و مانند یک لوله واقعی عمل می‌کند که قادر به انتقال مواد از میان موانع است.

پروفسور "شولمن" می‌گوید: ما یک لوله واقعی می‌سازیم که می‌تواند مواد را از یک غشاء عبور دهد و سپس یک طول میکرون یا بیشتر می‌تواند مواد را از طریق یک مانع غشایی و سپس از طریق یک مجرا به مکان نهایی در فاصله یک میکرون منتقل کند.

با این حال، نوع متفاوتی از نشتی در لوله‌های میکروسکوپی رخ می‌دهد، مشابه آنچه که در لوله‌کشی در دنیای واقعی نیز مشاهده می‌کنید و سوراخ‌هایی در دیواره‌های لوله به وجود می‌آیند که می‌توانند باعث نشت مواد شوند.

پژوهشگران ادعا می‌کنند که نانولوله‌های ابداعی آن‌ها از دیواره‌ها نشتی ندارند و اگرچه قطری در مقیاس نانو دارند، اما مسدود نمی‌شوند.

در طول این مطالعه، "یی لی"، یکی از پژوهشگران این مطالعه آزمایش جالبی را برای آزمایش ماهیت بدون نشتی این نانولوله‌ها انجام داد. او یک مایع فلورسنت را در داخل لوله پر کرد، انتهای آن را درپوش گذاشت و سپس تغییر شکل لوله را با حرکت مایع مشاهده کرد. هیچ نشتی در طول این آزمایش رخ نداد. علاوه بر این، از آنجایی که لوله‌ها از دی‌ان‌ای ساخته شده‌اند، پژوهشگران نشان دادند که این نانولوله‌ها توانایی خودترمیمی و خودآرایی را نیز دارند.

محدودیت‌ها و آینده نانولوله‌ها

پروفسور "شولمن" پیشنهاد می‌کند که تعدادی از گروه‌ها در حال حاضر به دنبال نانولوله‌هایی برای استفاده در دارورسانی هستند. آنها می‌توانند برای هدایت جریان مولکول‌ها یا یون‌ها بین سلول‌ها در بافت‌های مهندسی شده استفاده شوند. چنین نوع کاربردی می‌تواند برای رشد بافت‌ها در آزمایشگاه مانند برچسب‌های قلبی مهم باشد.

اگرچه کاربردهای نانولوله‌ها امیدوارکننده به نظر می‌رسند، اما هنوز به آزمایشگاه محدود می‌شوند. بنابراین قبل از آوردن نانولوله‌ها به دنیای واقعی، تحقیقات بیشتر، مطالعات حیوانی و آزمایشات بالینی نیاز است.

هنگامی که از پروفسور "شولمن" در مورد محدودیت‌های این مطالعه پرسیده شد، گفت: یک نکته مهم این است که ما فقط نشت را برای یک نوع مولکول با یک رنگ فلورسنت آزمایش کردیم. ما باید این روش‌ را برای مولکول‌های دیگر نیز تکرار کنیم تا درباره انواع مولکول‌هایی که می‌توان با آنها کار کرد، بیشتر بدانیم. ما همچنین انتظار داریم که اگر بخواهیم چیزی کوچکتر مانند یون‌ها را حمل کنیم، باید پوششی برای لوله‌ها بسازیم که در حال حاضر در حال کار روی آن نیز هستیم.

پژوهشگران اکنون در حال برنامه‌ریزی برای ساخت شبکه‌های لوله‌کشی بزرگ با اتصال نانولوله‌ها به عنوان لوله و استفاده از نانوحفره‌ها به عنوان اتصالات آنها هستند.

نتایج این مطالعه در مجله Science Advances منتشر شده است.