مطلب قبلي: کاربرد نقاط کوانتومی در سلول‌های خورشیدی - قسمت دوم

مطلب بعدی: ۱۰ ايد‌ه‌ي برتر آينده - بخش دوم

پیش‌بینی این مسئله که در آینده چه اکتشافاتی منجر به تغییر دنیا خواهد شد امری غیر ممکن است. با این وجود هر سال تعدادی از این اکتشافات به قدری هیجان‌انگیز هستند که وادار هستیم درموردشان صحبت کنیم. مروری بر این اکتشافات تازه می‌تواند چشم‌اندازی از پیشرفت‌هایی که در آینده‌ی نزدیک شاهد آن خواهیم بود به ما بدهد.

سلول‌های قابل برنامه‌ریزی: 

تحت کنترل درآوردن سلول‌ها با وارد کردن فشار به آنها

اگر بتوانیم راهی پیدا کنیم که از طریق آن سلول‌ها تحت فرمان ما قرار بگیرند، ممکن است این سلول‌ها بتوانند انسولین تولید کنند، به تومورها حمله کنند و کارهای مفید دیگر انجام دهند. اما تحت کنترل قرار دادن یک سلول کار ساده‌ای نیست. روش‌های فعلی موجود مستلزم نفوذ به دیواره‌ی سلولی ویروس هستند که منجر به آسیب‌های دائمی می‌شود. در سال ۲۰۰۹ محققان دانشگاه M.I.T. به طور اتفاقی موفق به حل این مشکل شدند. این محققان در حال بررسی روشی برای کاشت سلول‌هایی با مولکول‌های بزرگ و مواد نانو با استفاده از یک تفنگ آبی میکروسکوپی بودند. به طور خاص این گروه سعی در وارد کردن چیزهایی به داخل سلول داشتند که قادر به تغییر رفتار سلول در حین زنده نگه داشتن آن هستند. مهندس شیمی Armon Sharei متوجه شد که برخی از مولکول‌های آبی که شلیک می‌شدند در لحظه‌ای دچار تغیر شکل می‌شدند و در این حین مواد وارد آن‌ها می‌شدند. وی توضیح می‌دهد: «به نظر می‌رسد که اگر بتوانیم شکل یک سلول را به سرعت عوض کنیم، می‌توانیم به طور موقتی غشای آن را بشکنیم.» با این وجود تفنگ آبی وسیله‌ی مناسبی برای این کار نیست و به ابزاری ظریف‌تر به منظور فشار دادن سلول‌ها و عوض کردن شکل‌شان نیاز است.

Sharei در همکاری با Klavs F. Jensen یکی از بنیان‌گذاران رشته‌ی میکروسیالات و Robert S. Langer پیشتاز حیطه‌ی زيست‌فناوري، یک ریزتراشه از جنس سیلیکون-شیشه ساختند که روی آن مسیرهایی برای جریان یافتن سلول‌ها قرار داده شده است. این مسیرها به تدریج تنگ می‌شوند تا جایی که شکاف به فضایی نازک‌تر از خود سلول‌ها تبدیل می‌شود. سلول‌هایی که در این مسیر فشرده می‌شوند انعطاف‌پذیر هستند و با زور راه خود را در این مسیر ادامه می‌دهند. در این فرآیند سوراخ‌هایی موقتی در دیواره‌ی سلول‌ها به وجود می‌آید. این سوراخ‌ها بسیار کوچک هستند اما ابعادشان به اندازه‌ای است که انواع مختلفی از عوامل تغییر دهنده‌ی رفتار از جمله پروتئین‌ها، نوکلئیک‌اسیدها و نانولوله‌های کربن از آن عبور می‌کنند. این روش حتی درمورد سلول‌های ایمنی که به دلیل حساسیت زیاد قابل تغییر با روش‌های قبلی نبودند نیز قابل استفاده است. از زمان اولین کشف در این زمینه تاکنون، این گروه تحقیقاتی ۱۶ تراشه‌ی مختلف با کانال‌های طراحی شده به منظور وارد کردن فشار به سلول‌های متفاوت ساخته‌اند. تراشه‌های بیشتری در حال ساخت هستند و دستگاهی که قابلیت انجام این فرآیند بر روی ۵۰۰۰۰۰ سلول در ثانیه را دارد، در آینده با سرعت بیشتری کار خواهد نمود. این گروه شرکتی به منظور تجاری‌سازی این تکنولوژی تحت عنوان SQZ Biotech تأسیس کرده‌اند و دانشمندانی از فرانسه، آلمان، هلند و انگلستان به زودی از محصولات این شرکت استفاده خواهند کرد.

سلول‌های سوختی که با بزاق دهان کار می‌کنند.
می‌توان از بزاق دهان به عنوان سوختی تجدیدپذیر برای تجهیزات پزشکی استفاده کرد.

محمد مصطفی حسین استاد مهندسی برق دانشگاه King Abdullah در عربستان، تقریباً تمام وقت خود را صرف ساخت تجهیزات بسیار کوچک کرده است. وی می‌گوید: «هرچه چیزها را کوچکتر بسازید، نتایج سریع‌تری خواهید گرفت.» با این توضیحات، در سال ۲۰۱۰ زمانی که وی تصمیم به ایجاد یک منبع انرژی تجدیدپذیر که قابل استفاده در مکان‌های بسیار دور برای کار تجهیزات تصفیه‌ی آب یا تشخیص بیماری‌ها باشد گرفت، این کار را در ابعاد بسیار کوچک شروع کرد. یک سلول سوختی میکروبی کوچک نقطه‌ی شروع مناسبی در این مسیر است. وی از بزاق دهان بعنوان سوخت این سلول استفاده کرد.

ایده‌ی استفاده از بزاق دهان به عنوان سوخت توسط همکار حسین، فردی به نام Justine E. Mink که در آن زمان در آزمایشگاه وی کار می‌کرد و اکنون محقق مرکز Dow Chemical است پیشنهاد شد. در آن زمان Mink سعی داشت دستگاهی برای کنترل میزان گلوکز در افراد مبتلا به دیابت بسازد. انرژی لازم برای کار این دستگاه باید توسط سوختی تأمین می‌شد که بسیار کوچک باشد و بتوان از آن در داخل بدن نزدیک پانکراس استفاده کرد. یک سلول سوختی میکروبی که مواد آلی (که بزاق دهان سرشار از آنهاست) را به باکتری‌ها می‌رساند و باکتری‌ها نیز در عوض الکترون تولید می‌کنند، گزینه‌ی مناسبی برای استفاده در این طرح بود. در نتیجه این دو محقق یک الکترود رسانا از جنس گرافن را پُر از باکتری‌های مصرف‌کننده‌ی بزاق دهان کردند و در عرض چند هفته موفق به تولید حدود یک میکرو وات (یک میلیونم وات) انرژی شدند.
یک میکرو وات مقدار بسیار کمی انرژی است اما همین مقدار کم برای کار دستگاه‌های بسیار کوچک تشخیص بیماری و دستگاه کنترل‌کننده‌ی میزان گلوکز کافی است. اکنون محمد مصطفی حسین در حال کار با شرکت‌هایی است که اندام مصنوعی را به صورت سه‌بعدی چاپ می‌کنند تا بتواند سلول سوختی خود را با یک کلیه‌ی مصنوعی ادغام کند. زیرا در کلیه مایعات فراوانی وجود دارند که توانایی فراهم کردن سوخت برای این سلول‌ها را دارند. وی توضیح می‌دهد که این تلاش‌های اولیه درواقع در مسیر دستیابی به هدف بلند مدت او یعنی تولید برق از ضایعات آلی کارخانه‌ها و رساندن آن به تأسیسات تصفیه‌ی آب در کشورهای فقیر است.

نمایشگرهای اصلاح‌کننده‌ی دید

در آمریکا بیش از ۴۰ درصد از افراد ۴۰ ساله برای خواندن به عینک نیاز دارند و این رقم در افراد بالای ۸۰ سال به ۷۰ درصد می‌رسد. Gordon Wetzstein استادیار مهندسی برق دانشگاه استنفورد می‌گوید: «هرچه سن انسان‌ها بیشتر می‌شود، مشکلات بینایی‌شان نیز افزایش می‌یابد.»

اما عینک و لنز چشمی همیشه گزینه‌ی مناسبی برای حل مشکل نیستند. به عنوان مثال اگر فردی چشمانی دوربین داشته باشد، در حین رانندگی برای خواندن تابلوها نیازی به عینک ندارد اما برای خواندن سرعت‌سنج یا GPS اتومبیل به عینک نیاز خواهد داشت. طبق توضیحات Wetzstein بهترین راه حل در این حالت‌ها صفحات نمایش اصلاح‌کننده‌ی دید است که مشکل افراد در استفاده از عینک را حل می‌کنند.

Wetzstein و همکارانش در دانشگاه M.I.T. و دانشگاه برکلی کالیفرنیا این صفحه‌ی نمایش هوشمند را تولید کرده‌اند. این صفحه‌ی نمایش دو تفاوت عمده نسبت به نمایشگرهای معمول گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها دارند. اول یک پوشش شفاف دارای سوراخ‌های بسیار ریز است که روی صفحه‌ی اصلی قرار می‌گیرد. دوم یک سری الگوریتم‌هایی که داخل گوشی یا تبلت کد می-شوند و قابلیت تعیین موقعیت بیننده نسبت به صفحه‌ی نمایش و تغییر تصویر با توجه به وضعیت بینایی او را دارند. با عبور تصویر تغییر کرده از داخل شبکه‌ی سوراخ‌های ریز موجود روی صفحه، ترکیب نرم‌افزار-سخت‌افزار اشکالاتی روی صفحه‌ی نمایش ایجاد می‌کند که اشکالات چشم را خنثی می‌کنند و درنتیجه تصویر نهایی در چشم ناظر بی‌اشکال دیده می‌شود. این صفحه‌ی نمایش می‌تواند مشکلات نزدیک‌بینی، دوربینی، آستیگمات و حتی مشکلات پیچیده‌تر در زمینه‌ی بینایی افراد را حل کند. این تیم نتایج کار خود را آگوست سال گذشته در کنفرانس SIGGRAPH در ونکوور به نمایش گذاشتند.
بررسی‌های انجام شده بر روی تعدادی از مصرف‌کنندگان این محصول حاکی از موفقیت آن است. اما طبق گفته‌ی Wetzstein ابعاد بزرگتر این محصول هنوز قابل استفاده برای عموم نیست و باید تحقیقات بیشتری روی آن انجام شود. در این روند تحقیقاتی، محققان همچنین سعی دارند امکان تنظیم دستی را نیز به این صفحات نمایش اضافه کنند. به عقیده‌ی Wetzstein این تکنولوژی برای افراد ساکن در کشورهای در حال توسعه که ممکن است دسترسی‌شان به گوشی‌های تلفن بیشتر از عینک‌های طبی باشد بسیار مفید خواهد بود.

منبع:

How to hijack a cell

Fuel Cell run on spit

Smartphone screen correct your vision flaws

منابع مفيد:

SQZ Biotech

۱۰ ايده‌ي برتر آينده- قسمت ۲

مطلب قبلي: کاربرد نقاط کوانتومی در سلول‌های خورشیدی - قسمت دوم

مطلب بعدی: ۱۰ ايد‌ه‌ي برتر آينده - بخش دوم