مشاهده ی مرگ سلولی با استفاده از نقاط کوانتومی

محققان دانشگاه Twente در هلند یک ابزار نقطه کوانتومی توسعه داده‌اند که می‌تواند فرآیند مرگ برنامه‌ریزی شده سلولی یا Apoptosis را شناسایی کرده و از آن تصویربرداری کند. این کار با هدف کمک به محققان برای درک بهتر چگونگی آغاز فرآیند مرگ سلولی توسط داروهای ضدسرطان صورت گرفته است.
دکتر Albert van den Berg و همکارانش این نانوروبشگر مرگ Apoptosis را با استفاده از نقاط کوانتومی که به شدت به پروتئین طبیعی Annexin V متصل می‌شود، توسعه داده‌اند. Annexin V به مولکولی با نام Phosphatidylserine که جزئی از غشای سلولی بوده و در مراحل اولیه Apoptosis در معرض محیط خارج از سلول قرار می‌گیرد، متصل می‌شود.
محققان دریافتند که زمانی که نقاط کوانتومی به Annexin V متصل شوند، روی سطح سلولی که در حال مرگ برنامه‌ریزی شده می‌باشد، جمع می‌شوند. با این حال کار کردن با سلول‌هایی که با Annexin V پوشیده شده‌اند، مشکل می‌باشد، زیرا در محلول به صورت خوشه درمی‌آیند. محققان دریافتند استفاده از نقاط کوانتومی پوشیده شده با پلی اتیلن گلیکول (PEG) می‌تواند مشکل خوشه‌ای شدن سلول‌ها را کاهش دهد. با این حال این محققان از روش دیگری استفاده نمودند. آنها از یک جفت مولکول اتصال‌دهنده که Annexin V و نقاط کوانتومی را پس از اتصال Annexin V به سطح سلول در حال مرگ، به هم پیوند می‌دهند، بهره بردند.
محققان برای انجام این کار، از استرپتاویدین و بیوتین استفاده کردند. این دو مولکول به صورت اختصاصی غیرمستقیم و با اشتیاق به یکدیگر متصل می‌شوند. آنها استرپتاویدین را به نقاط کوانتومی و بیوتین را به Annexin V متصل نمودند.
محققان برای آزمایش این روش، ابتدا سلول‌ها را در معرض عامل ضدسرطان camptothecin، که به عنوان ماده آغازگر مرگ سلولی شناخته شده است، قرار دادند. سپس Annexin V نشان‌دار شده توسط بیوتین را به سلول‌ها اضافه نموده و پس از یک تأخیر مناسب جهت اطمینان از اتصال Annexin V به مولکول‌های Phosphatidylserine موجود روی سطح سلول‌ها، نقاط کوانتومی نشان‌دار شده توسط استرپتاویدین را به مخلوط اضافه کردند. محققان 60 دقیقه بعد از سلول‌ها تصویربرداری کرده و توانستند سلول‌هایی را که در معرض مرگ سلولی برنامه‌ریزی شده قرار داشتند، با قطعیت نشان دهند.
سپس محققان نشان دادند که چون نقاط کوانتومی همانند سایر مواد رنگی با گذشت زمان کم‌رنگ نمی‌شوند، می‌توان از این نشان‌گرهای نانومقیاس برای پی‌گیری مرگ سلولی برنامه‌ریزی شده درون سلول زنده استفاده کرد. این ویژگی می‌تواند در مطالعه همزمان (بلادرنگ) با هدف کشف داروهای ضدسرطان جدید بسیار ارزشمند باشد.
جزئیات این کار در مقاله‌ای با عنوان:
"Quantum dots based probes conjugated to Annexin V for Photostable apoptosis detection and imaging"
در مجله Nano Letters منتشر شده است

محققان دانشگاه کالیفرنیا نوع جدیدی از حافظه دیجیتالی مبتنی بر نانوذرات معدنی پلاتین درون ویروس موزائیک توتون (TMV) تهیه کرده‌اند. این کار منجر به توسعهادوات الکترونیکی زیست‌ سازگار می‌شود.
در سال‌های اخیر محققان، موادزیستی منحصر به فردی را با نانوساختار کردن مولکول‌های زیستی به دست آوردند و همراه مواد معدنی در حسگرهای زیستی استفاده کرده‌اند. محققان UCLA با استفاده از سیستم زیستی هیبریدی که قادر است اطلاعات دیجیتالی را ذخیره کند این ایده را یک گام به جلوتر بردند.
Yang yang رهبر این تیم تحقیقاتی گفت: این ابزار الکترونیکی، خاصیت حافظه منحصر به فرد دارد و می‌تواند به عنوان یک حافظه الکترونیکی عمل کند به طوری که حالت‌های هدایت آن به وسیله یک ولتاژ bias کنترل شود. این حالت‌ها غیرفرار بوده و به صورت دیجیتالی قابل تشخیص است."
ویروس TMVدارای یک لوله 300 نانومتری بوده که هسته‌ای از جنس RNA و پوسته‌ای پروتئینی دارد. طبق مطالعه محققان، ساختار سیم مانند و نازک این ویروس باعث می‌شود تا نانوذرات به راحتی به آن متصل شوند. در این حالت،‌ به طور میانگین 16 یون پلاتین با بار مثبت به هر ویروس متصل می‌شود. این حافظه با انتقال بار از RNA به نانوذرات پلاتین تحت اعمال میدان الکتریکی بالا عمل می‌کند، که پروتئین سطح TMV به عنوان یک سد انرژی عمل کرده و بار به دام افتاده را پایدار می‌کند.
به گفته این تیم تحقیقاتی، هیبرید TMV یک زمان دسترسی در حد میکروثانیه دارد. (این زمان حدفاصل زمان درخواست ذخیره‌سازی و زمان شروع ذخیره‌سازی است). این محدوده زمانی قابل مقایسه با حافظه‌های فلش رایج است.
سطح ویژه TMV آن را به یک بستر ایده‌آل برای نظم دادن به نانوذرات تبدیل می‌کند که می‌تواند به گروه‌های ویژه مانند هیدروکسیل و کربوکسیل در سطح بچسبد. هسته RNA درون TMV مانند یک دهنده بار به نانوذرات و روکش پروتئینی مانند یک سد انتقال بار عمل می‌کند.
علاوه بر این ذخیره‌سازی اطلاعات به صورت غیرفرار است یعنی نیمی از اطلاعات حتی در صورت قطع شدن ناگهانی برق حفظ می‌شوند. به گفته آنها، این دستگاه هنوز نیاز به کوچک‌تر کردن دارد تا بتوان اطلاعات بیشتری روی آن ذخیره کرد و همچنین سرعت گردش اطلاعات افزایش یابد. Yang می‌گوید: "موضوعات دیگر که در آینده مورد بررسی قرار خواهد گرفت زمان نگهداری اطلاعات، مصرف برق، یکپارچه‌سازی درایورهای مورد نیاز جهت خواندن و نوشتن هر بیت اطلاعات است که به منظور بهینه‌سازی سیستم مورد نیاز می‌باشند."
در نگاهی وسیع‌تر، این دستگاه روزی به عنوان بافت زیستی کامل برای مصارف درمانی و یا در صنعت الکترونیک سازگار با موجوات زنده به کار گرفته خواهد شد.

افزایش قیمت جهانی نفت و استفاده از نانوزیست‌فن‌آوری، سوخت مبتنی بر زیست‌فن‌آوری ‌را رقابتی‌تر و کارآتر کرده است.

به گزارش سرویس فن‌آوری خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)،در سال 2006 سوخت مبتنی بر زیست‌فن‌آوری در حدود 18 میلیارد دلار فروش داشت و پیش‌بینی می‌شود در سال 2007 نیز حجم بازار آن افزایش یابد

در برخی کشورها هزینه‌های تولید سوخت مبتنی بر زیست‌فن‌آوری نسبت به نفت کمتر است.

پیش‌بینی می‌شود طی 30 سال آینده بسیاری از کشورهای فاقد منابع نفتی از این سوخت استفاده کنند.

نانو زیست‌فن‌آوری تولید انبوه سوخت زیستی را از طریق بهینه‌سازی فرایند تولید، بهبود خواهد داد.

فن‌آوری نانو و همگرایی آن با زیست فن‌آوری، پتانسیل تولید انرژی را در کارخانه‌ها برای تولید سوخت زیستی تا 60 درصد افزایش می دهد.

بازار جهانی سوخت زیستی در سال 2006 به 18 میلیارد دلار رسید و پیش‌بینی می‌شود که حجم آن تا سال 2015 به 54 میلیارد دلار افزایش یابد.

کشور برزیل با در دست داشتن 39 درصد حجم بازار در صدر کشورهای دنیا بوده و ایالات متحده آمریکا نیز با حجم بازار 20 درصدی در جایگاه دوم است. بعد از این کشورها کشور چین نیز در رتبه سوم قرار دارد. دولتمردان چین برنامه‌ریزی کرده‌اند تا در طی سال‌های آتی به جایگاه دوم ارتقا پیدا کنند.

کشور چین به دنبال رهایی از وابستگی به نفت تا سال 2030 بوده و برای رسیدن به این هدف با برزیل همکاری‌های گسترده‌ای دارد.

در این راستا دولت چین اقداماتی چون اختصاص 300 میلیون دلار به تحقیق و توسعه سوخت مبتنی بر زیست‌فن‌آوری، وام‌های با بهره کم و پیمان‌های همکاری با کشورهای مختلف را مدنظر دارد.

تمام شرکت‌های خودروسازی در چین روند‌های جهانی را پیگیری کرده و خودروهایی را به بازار عرضه می‌کنند که از سوخت زیستی، فن‌آوری‌های هیدروژنی یا الکتریسیته استفاده می‌کنند.

به گزارش ایسنا از ستاد ویژه توسعه فن‌آوری نانو، کشورهای اروپایی نیز در حال برنامه‌ریزی در این حوزه بوده و پیش‌بینی می‌شود با توجه به افزایش قیمت نفت توجه کشورهای مختلف دنیا به استفاده از این نوع سوخت‌ها افزایش یابد.

فن‌آوری‌نانو با کمک زیست‌فن‌آوری برای کل فرایند از طراحی ماشین‌آلات بهبود یافته تا فرایند زیست‌فن‌آورانه برای تولید سوخت زیستی و استفاده از آنها کاربردهایی را ارائه می‌کند.

طبقه بندی مواد شیمیایی
مواد شیمیایی بطور عمده به دو گروه بزرگ مواد معدنی و مواد آلی تقسیم بندی می‌شوند. هر یک از این دو گروه ، در دو مبحث شیمی آلی و شیمی معدنی بررسی می‌شوند. در این مطالعه ، خواص فیزیکی و شیمیایی مواد آلی و معدنی ، منابع ، طریقه سنتز و واکنش‌ها و ... مورد بررسی قرار می‌گیرند.

مواد شیمیایی آلی
در قدیم ، ماده آلی به ماده‌ای اطلاق می‌گردید که بوسیله بدن موجودات زنده ساخته می‌شد. تا اینکه در سال 1828 ، "وهلر" (Wohler) دانشمند آلمانی ، برای اولین بار جسمی به نام اوره به فرمول CO(NH2)2 را در آزمایشگاه از یک ترکیب معدنی به نام ایزوسیانات تهیه نمود و از آن پس معلوم شد که می‌توان مواد آلی را نیز در آزمایشگاه ساخت.

امروزه بیش از یک میلیون نوع ماده آلی شناخته شده است که بسیاری از آنها را در آزمایشگاهها تهیه می‌کنند. مواد آلی ، به مواد غیر معدنی گفته می‌شود و با مواد معدنی تفاوتهای کلی در چند مورد دارند.
مواد شیمیایی معدنی
اگر شیمی آلی به عنوان شیمی ترکیبات کربن ، عمدتا آنهایی که شامل هیدروژن یا هالوژنها به علاوه عناصر دیگر هستند، تعریف شود، شیمی معدنی را می‌توان بطور کلی به عنوان شیمی عناصر دیگر در نظر گرفت که شامل همه عناصر باقیمانده در جدول تناوبی و همینطور کربن ، که نقش عمده‌ای در بیشتر ترکیبات معدنی دارد، می‌گردد.

شیمی آلی - فلزی ، زمینه وسیعی که با سرعت زیاد رشد می‌کند، به علت اینکه ترکیبات شامل پیوندهای مستقیم فلز - کربن را بررسی می‌کند دو شاخه را بهم مرتبط می‌سازد. همانطوری که می‌توان حدس زد، قلمرو شیمی معدنی با فراهم کردن زمینه‌های تحقیقی اساسا نامحدود ، بسیار گسترده است.
مقایسه مواد آلی و مواد معدنی
مواد شیمیایی آلی و معدنی با همدیگر تفاوتهای کلی دارند که عبارتند از:

در تمام مواد آلی حتما کربن وجود دارد، در صورتی که مواد معدنی بدون کربن بسیارند. ضمنا در ترکیبات آلی ، اتمهای کربن می‌توانند با یکدیگر ترکیب شوند و زنجیرهای طویل تشکیل دهند، در حالی‌که این خاصیت در عناصر دیگر خیلی کمتر دیده می‌شود.

مقاومت مواد آلی در برابر حرارت از مواد معدنی کمتر است.

اغلب واکنش‌های میان مواد آلی کند و دو جانبه یا تعادلی هستند، در صورتی‌که اغلب واکنش‌های معدنی تند می‌باشند.

در ترکیبات آلی ، ممکن است 2 یا چند جسم مختلف با فرمولهای ساختمانی مختلف ، دارای یک فرمول مولکولی باشند که در این صورت به آنها ایزومر یا همفرمول گفته می‌شود. مثلا الکل معمولی C2H5OH با جسمی به نام اتر اکسید متیل CH3OCH3 همفرمول یا ایزومر است. زیرا هر دو دارای فرمول بسته یا مولکولی C2H6O هستند، در صورتی که پدیده ایزومری در ترکیبات معدنی وجود ندارد.
تقسیم بندی مواد شیمیایی آلی
عناصر تشکیل دهنده ترکیبات شیمیایی آلی به ترتیب فراوانی مطابق زیر است:

فلزات , هالوژنها , C , H , O , N , S , P , As . فراوانترین چهار عنصر N , O , H , C عناصر اصلی سازنده مواد آلی به حساب می‌آیند. زیرا اغلب اجسام آلی از این چهار عنصر تشکیل یافته‌اند و با توجه به همین مطلب ، مواد آلی را به چهار دسته کلی تقسیم می‌کنیم:
هیدروکربنهای ساده ترکیباتی هستند که فقط از H , C درست شده‌اند و به همین دلیل ، هیدروکربن شده‌اند. آنها با فرمول کلی CxHy نمایش می‌دهند. بسته به اینکه y , x چه اعدادی باشند، هیدروکربنهای گوناگون یافت می‌شوند.
هیدروکربنهای اکسیژن‌دار ترکیباتی هستند که از O , H , C درست شده اند و با فرمول کلی CxHyOz نشان داده می‌شوند.
هیدروکربنهای نیتروژن‌دارترکیباتی هستند که از N , H , C درست شده‌اند و با فرمول کلی CxHyNt نشان داده می‌شوند.
هیدروکربنهای اکسیژن و نیتروژن دار ترکیباتی هستند که علاوه بر H ، C ، اکسیژن و نیتروژن و با فرمول کلی CxHyOzNt نمایش داده می‌شوند.

دید کلی
هنگامی که نور به یک محیط شفاف وارد یا از آن خارج می‌شود ممکن است پرتوهای نور شکست یابند و اثرهای جالب و گاهی زیبا را پدید آورند. مثلا اگر به یک سکه در ته لیوانی پر از آب نگاه کنید سکه بالاتر از محل واقعی خود به نظر می‌رسد یا وقتی که یک قاشق را بطور مایل در لیوان آب فرو می‌برید آن را در محل ورود به آب شکسته می‌بینید. برعکس اگر جسم در هوا باشد و از محیط غلیظ به آن نگاه کنیم جسم دورتر به نظر می‌رسد. اگر به کف یک استخر نگاه کنید عمق آب کمتر از عمق واقعی به نظر می‌رسد، اگر در راستای نزدیک به خط قائم به کف استخر پر از آبی به عمق 5 متر نگاه کنید عمق آن تقریبا 4 متر به نظر می‌رسد.

قوانین شکست
پرتو تابش و پرتو شکست و خط عمود بر سطح جدا کننده دو محیط شفاف هر سه در یک صفحه واقعند.

برای دو محیط شفاف معین نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست مقداری است. این مقدار ثابت را به n نشان می‌دهند و آنرا ضریب شکست می‌نامند. قوانین شکست را قوانین اسنل - دکارت می‌گویند. اگر سرعت نور را در هوا به V و در محیط شفاف بهV? نمایش دهیم با اندازه گیریهایی که در مورد سرعت نور به عمل آمده ، معلوم شده است که n = V/V? است.
ضریب شکست مطلق و نسبی
هر گاه یک دسته پرتو نور از خلأ وارد محیط شفافی شوند n = Sini/Sinr را ضریب شکست مطلق می‌نامند. چنانچه نور از یک محیط شفاف (مثل آب) وارد محیط شفاف دیگری مثل (شیشه) شود، نسبت Sini/Sinr ، ضریب شکست نسبی خواهد بود. اگر ضریب شکست مطلق محیط اول n1 و ضریب شکست مطلق محیط دوم n2 باشد، ضریب شکست نسبی این دو محیط عبارت خواهد بود از:

n = n2/n1

وقتی که نوری با فرکانس معین از محیط شفافی به ضریب شکست n1 وارد محیط شفاف دیگری به ضریب شکست n2 می شود، بسامد آن تغییر نمی‌کند، در نتیجه تغییر سرعت نور در محیط دوم به نسبت n1/n2 باعث تغییر طول موج نور به نسبت n1/n2 می‌شود. در این صورت داریم:

?2 = n1/n2 ?1 که در آن ?1 و ?2 طول موج نور در دو محیط هستند.

 دیوپتر
فصل مشترک دو محیط شفاف دیوپتر نامیده می‌شود (مانند سطح آب یا شیشه) ، دیوپتر ممکن است مسطح یا کروی باشد. چگونگی وضع تصویر نسبت به دیوپتر:
جسم در محیط غلیظ قرار گرفته است
در این حالت تصویر به سطح دیوپتر نزدیک می‌شود.

فاصله تصویر تا دیوپتر از رابطه tanr/tanr=x?/x بدست می‌آید که در آن x فاصله جسم و x? فاصله تصویر تا دیوپتر است x را عمق واقعی و x? را عمق ظاهری می‌نامند.

اگر به طور عمود نگاه کنیم زوایای i و r کوچک می‌شوند و x?= x/n را داریم که در آن n ضریب شکست محیط غلیظ نسبت به رقیق است.

برای تابش عمودی فاصله جسم تا تصویر برابر است با:(x(1 - 1/n
جسم در محیط رقیق قرار گرفته است.
در این حالت تصویر از سطح دیوپتر دورتر می‌شود.
برای تابش عمودی فاصله تصویر تا دیوپتر از رابطه x?= nx بدست می‌آید.
برای تابش عمودی فاصله جسم تا تصویر برابر (x(n - 1 است.
علت شکسته به نظر رسیدن خط کش در آب
پرتوهای نور که از انتهای خط کش به سطح آب می‌تابند هنگام خروج شکست یافته و از خط عمود دور می‌شوند و به چشم ما می‌رسند و به نظر می‌رسد این پرتوها از تصویر مجازی نقطه انتهای خط کش که بر کف تکیه دارد به چشم رسیده‌اند. به همین ترتیب نقاط دیگر خط کش نیز قدری بالاتر از محل واقعی خود دیده می‌شود. در نتیجه تصویر آن قسمت از خط کش که در آب قرار دارد به صورت مجازی در راستایی بالاتر از راستای واقعی خط کش تشکیل می‌شود.

طریقه رسم و پیدا کردن عمق ظاهری
فرض کنید سکه‌ای را در ته استخر قرار داده‌اید، ابتدا از محل سکه خط عمود در راستای قائم رسم کنید طوریکه تمام ارتفاع استخر را پوشش دهد.

خط عمودی دیگری در محلی از سطح استخر که به استخر نگاه می‌کنید رسم کنید.

پرتوی از محل سکه به محلی که نگاه می‌کنید رسم کنیم، این پرتو چون به محیط جدایی دو محیط رسیده است، بعد از خروج شکست خواهد یافت.

پرتو شکست یافته را در بیرون استخر رسم کنید.
پرتو شکست یافته را در محیط غلیظ ادامه دهید تا خط عمودی را که در ابتدا رسم کرده‌ایم، قطع کند.
فاصله این نقطه تا سطح دیوپتر عمق ظاهری است.