علوم و فنون جدید

 نظرسنجي شماره 1
در مورد كدام‌يك از موضوعات مطرح شده مايل به كسب اطلاعات بيشتر هستيد؟






ارائه نظر 
 حسگرهای آلودگی آب
حسگرهای آلودگی آب
حسگر آب، به سرعت سم جلبکي را تشخيص مي‌دهد. اين آزمايش ارزان و حساس‌تر، مي‌تواند پويشي براي شواهد مضر آب آشاميدني به دست دهد.

 

 

جلبک‌هاي درياچه‌ها و رودخانه‌ها به طور متناوب منابعي سرشار از غذا به دست مي‌آورند. در طول چند روز، رشدِ اين اُرگانيسم‌هاي تک سلولي‌ مي‌تواند باعث رشد سريع آنچه که دانشمندان شکوفه مي‌نامند شود. اگر اين جلبک‌ها سم درست کنند، ممکن است آب آشاميدني قابل نوشيدن نباشد. معضل: جلبک‌ها و سم‌شان مي‌توانند براي چشم انسان مشاهده‌پذير نباشند. ولي نه براي يک حسگر جديد! اين ابزار جديد مي‌تواند به طرز شگفت آوري کميت‌هاي کوچک سم جلبک را با هزينه‌ي کمي به سرعت شناسايي کند.

 

T. ARCHER, NATIONAL OCEANOGRAPHIC AND ATMOSPHERIC ADMINISTRATION

 

 

اين بدان معناست که مسئولان آب آشاميدني مي‌توانند خطر را پيش از هر علامت بيماري شکوفه به مردم هشدار دهند.  حتي مي‌توانند سم را از آب جداسازي کنند تا سطح هشدار آب آشاميدني گاهش يابد. اين يک راه حل براي يک مساله‌ي مهم است. نه اينکه تمام شکوفه‌هاي جلبک سمي باشند، ولي آنها که سلامت انسان را به خطر مي‌اندازند، سمي محسوب مي‌شوند. علاوه بر اين، چنين سم‌هايي لزوم کنترل وضعيت آب آشاميدني را به طور منظم ضروري مي‌کنند. 

 

اين روزها آزمايش‌ها گران نيستند ولي براي گرفتن نتيجه به ساعت‌ها زمان نياز است. اين حسگر جديد مي‌تواند اين اتلاف زمان را هم تا چند دقيقه کاهش مي‌دهد. اين ابزار همان سم‌هايي را هدف قرار مي‌دهد که بايد و در گروهي به نام ميکرسيستين‌ها (microcystins) جاي مي‌گيرند که مواردي چون مسموميت آب اوهايو در ايالات متحده را به همراه داشت. اين گروه سمي مي‌تواند باعث سردرد، حساسيت پوستي، اسهال و صدمه به کبد شود. در مواردي هم باعث مرگ خواهد شد.

 

Jeff Reutter/Stone Laboratory

 

 

دستورالعمل سازمان بهداشت جهاني (World Health Organization) بر آن است که مردم نبايد آب‌هايي که بيش از يک ميکروگرم ميکروسيستين در ليتر داشته باشند، بنوشند. يعني يک در يک ميليون.دستورالعمل‌هاي  آژانس سلامت زيستي ايالات متحده نوشيدن آب‌هايي که بيش از ۱.۶ ميکروگرم در ليتر از اين سم‌ها را داشته باشند، منع کرده. براي کودکان حتي اين مقدار هم کمتر (۰.۳) است. 

 

هنوز هم درصد قابل توجهي از اين سموم در آب‌ها هستند. تراز ۱ ميکروگرم در ليتر باعث شد در سال ۲۰۱۴ به مدت دو روز دو شهر تولِدو و اوهايو آب آشاميدني را قطع کنند. در سال ۲۰۱۳ هم چنين اتفاقي افتاده بود. به زودي شهرها مي‌توانند اين مساله را حل کنند و مردم کمتري دچار مسموميت يا در معرض آن باشند. ولي اين سموم فقط در درياچه‌ها يا آب‌هاي جاري (مانند رودخانه‌ها) ديده نمي‌شوند. 

 

 

تمامی تصاویر از جلبک‌ها در این مطلب از همین دریاچه است.

 

 

رافائل کودِلا زيست شناس دانشگاه کاليفرنيا سانتا کروز است. او و همکارانش ميکروسيستين‌ها را در اقيانوس‌ها هم يافتند. تعدادي صدف از ساحل سانفرانسيسکو جمع کردند. سم از رودها به ساحل آمده بود. بررسي کاليفرنيا بر آن است سطح سم در صدف‌ها کمتر بوده. همچنان اين ايالت در وضعيت خشکسالي بزرگي به سر مي‌برد. کودِلا معتقد است اگر بارن‌هاي سنگين مي‌باريدند، سطح بالاتري از ميکروسيستين به ساحل مي‌رسيد. پژوهش‌هاي جديدشان در صدف‌ها در شماره‌ي در نوامبر ۲۰۱۶ Harmful Algae به چاپ رسيده. 

 

وو لوو (Wu Lu) مهندس برق دانشگاه ايالتي اوهايو در کُلُمبوس است. او مي‌گويد:«آنچه لازم داريد يک آزمايش و نتيجه‌ي فوري است.» منظور او از فوري چند ثانيه تا چند دقيقه است و نه ساعت‌ها. و اين دقيقا کاري‌ست که حسگر جديد مي‌کند. اگر ميکروسيستين در مايعات در سطحي کمتر از يک در تريليون باشد، مشخص مي‌کند. لوو و دنشجوي ارشدش، پاؤل برتاني، کارشان را روي اين حسگر جديد در همايش سپتامبر ۲۰۱۶ در تولِدو ارائه کردند. 

 

همکاري تيمي

 

حسگر جديد باعث همکاري‌هاي بسياري شد. جيونگ لي، ميکروبيولوژيست از دانشگاه اوهايو، يکي از همکاران پژوهش جديدي‌ست. او در ميان دانشمنداني‌ست که نگران وضعيت سلامت ناشي از اثرات رشد جلبک‌هاي سمي هستند. او مي‌گويد:«براي آشکارسازي سم، حساسيت، دقت و سرعت کليدي هستند.» لي از حسگر زيستي لوو با خبر بود. اين‌ها ابزارهايي هستند که از آنزيم‌ها يا پادتن‌ها براي آشکار سازي شيميايي استفاده مي‌کنند که در کنار اُرگانيسم‌هاي زنده هستند. حسگرهاي لوو از بارهاي الکتريکي (يون‌ها) در محلولي چون آب سود مي‌برند. موکول‌هاي ميکروسيستين‌ در آب مقدار کمي بار مثبت دارند.

 

 

 

P. Bertani et al., Ohio State University

 

 

لي مي‌گويد:«فکر کردم حسگر زيستي لوو به درد مانيتور کردن اين سم‌ها مي‌خورد.» پس دو گروه همکاري کردند تا حسگر جديدي بسازند. اين حسگر دو لايه دارد. شبيه دو لايه ژلاتين (Gelatin) يا فاج (fudge). لايه زيرين نيتريد گاليوم است. بالايي نيتريد گاليوم آلومينيوم. هر دو ماده نيم‌رسانا هستند. لايه‌ي بالايي حسگر با پادتن‌ها پوشيده شده. با هر ميکروسيستيني که روبرو شوند پيوند مي‌دهند. بنابراين اگر مايعي در حسگر در جريان باشد، پادتنش‌هايش به ميکروسيستين‌ها قفل مي‌شوند.

 

برتاني مي‌گويد:«در آزمايش‌هايمان ۱۵ دقيقه وقت لازم داشتيم.» سپس گروه حسگر جديد را در ماشين گذاشت که جريان الکتريکي از آن مي‌گذشت. ماشين جريان را در فرايندي شبيه آزمايشگرهاي خانگي قند خون اندازه گيري کرد. وقتي ميکروسيستيني در کار نباشد، جريان در سطح پايين و معيني باقي مي‌ماند. ولي اگر آب آلوده به سم باشد، جريان افزايش مي‌يابد. اينکه چه مقدار افزايش يابد، پيمانه‌اي‌ست براي اينکه بفهميم چه مقدار سم در آب هست.

 

فوقِ حساس

لوو مي‌نويسد:«اين ابزارها فوق العاده حساس هستند.» مي‌توانند يک در تريليون ميکروسيستين را در مايع نشان دهند. براي گياهان وابسته به آب هم مي‌توان از آن‌ها استفاده کرد تا ميزان تاثير اين سموم و تغييراتشان را بنا به آب و هوا و ميزان آب مشخص کنيم. اين ابزارها حتي بايد بتوانند به پژوهشگراني چون لوو ميزان ميکروسيستين در خون انسان را هم نشان دهند. اگر کار کند، مسئولات بهداشت و سلامت بايد روندي پيش بيني کنند که ايده‌ بهتري براي پيدا کردن جواب اين سوال به دست دهد: رشد جلبک به چه شکل با سمپتوم‌ها در کساني آب مسموم نوشيدند در ارتباط است.

 

چرخه‌ای نشان از تاثیر میکروسیستین روی موحودات زنده

 

 

P. Bertani et al., Ohio State University

لوو پيش بيني مي‌کند چنين حسگرهايي بين يک تا دو دلار قيمت خواهند داشت. اين ماشيني که اين حسگرها را بخواند ۱۰۰۰ دلار يا بيشتر قيمت خواهد داشت. چينين ابزاري آزمايش ميکروسيستين را بسيار آسان‌تر مي‌کند (بخشي از علت قابل حمل بودنش است). گلِن ليپسکومب مهندس شيمي دانشگاه تولِدو که روي اين ابزار کار نکرده مي‌گويد:«به نظر مي‌رسد ارزان و روشي سريعي براي اندازه گيري مقدار ميکروسيستين باشد.» 

 

يکي از پروژه هاي ليپسکامب فيلترهاي آزمايشي ست که شهروندان مي‌توانند بخرند و آب را از ميکروسيستين پاکسازي کنند. تيم اين پژوهشگر مي‌خواهند فيلترهاي خود را در محل‌هاي مختلف به مرحله آزمون بگذارند و نتايج را مقايسه کنند. حسگر جديد آزمايش‌هاي شيميايي را براي اين پروژه ارزان و سريع مي‌کنند. برخي حتي ممکن است از آن‌ها براي آب خانگي خود استفاده کنند. حسگرهاي زيستي بايد براي تيم کاليفرنيا هم مفيد واقع شده باشد. اين تيم از روشي به نام LCMS استفاده کرد. رنگ‌شناسي مايع طيف جرمي. بسيار دقيق است ولي شايد به اندازه‌ي حسگر زيستي مذکور حساس نباشد. حتي مشکلش زمان‌بر بودنش بوده. 

 

 

 

اگر اين آزمايش به اندازه کافي ارزان تمام شده، پرورش دهندگان صدف شايد براي آبهاي محلي بتوانند از اين روش استفاده کنند. خوانش دقيق مي‌تواند هشدار اوليه براي معضل احتمالي باشد. حسگرهاي زيستي حتي مي‌توانند مفيدتر باشند اگر بتوان پوسته‌ي صدف‌ها را هم آزمايش کرد. ولي براي چنين کاري چگونگي پرورش نمونه‌ها هم مهم است. تيم لوو اين روزها در حال کار روي سطح سمي که حسگر مي‌تواند اندازه بگيرد هستند. مهندسان اين تيم حتي روي کاليبراسيون حسگرهايشان هم کار مي‌کنند. به اين معنا که سطح مشخصي از رسانش الکتريکي را با مقدار خاصي از سم در آب مطابقت مي‌دهند.

 

تا اينجا، تيم ايالت اوهايو روي حسگر در آزمايشگاه کار کرده. آن‌ها مي‌دانند چگونه ميکروسيستين در آب مورد آزمايش‌شان هست. با اين حال در محيط هاي واقعي چون درياچه‌ها يا گياهان آبي، ديگر اُرگانيسمها و مواد شيميايي شايد باعث اختلال در اندازه گيري دستگاه بشود. اين تيم احتمالا براي اطمنيان از کارکرد دستگاه مي‌خواهند اين عوامل مختلف نامبرده (به طور جداگانه) در کارکرد دستگاه تاثير متفاوتي ندارند. تاکنون اين تيم‌ها فقط اميدوارند. اين پروژه نشان از تعداد پژوهشگران و تعدد حوزه‌هاي علمي و مهندسي دارد که روي يک مساله کار مي‌کنند. لي مي‌گويد:«اين يک تيم علمي است.»

 


منبع:

 

science news for students (Kathiann Kowalski)

CeNCOOS

پاک سازی آب

فیلتر جدید آب

کتاب آشامیدنی

روشی نوین برای شیرین کردن آب‌های شور

الکترولیت چیست و چه نقشی در بدن ما دارد؟

گام‌های نو در نیم رساناهای الماس پایه

ژورنال HAB

 

1395/7/8لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف

 فعاليت هاي علمي
 تماس با ما
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  2401
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  2401