دسته: علم و فناوری

رایج است که چیزی بگوییم و چیز دیگری را احساس کنیم. اما وقتی استرس عاطفی خیلی عمیق دفن شود، می‌تواند مشکلات جدی سلامت روان مانند اضطراب یا حملات پانیک را تشدید کند. اکنون، محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا یک حسگر پوشیدنی توسعه داده‌اند که می‌تواند این احساسات پنهان را تشخیص دهد، حتی زمانی که چهره فرد نشان می‌دهد همه چیز خوب است.

این دستگاه جدید، یک وصله کشسان تقریباً به اندازه یک چسب زخم، نشانه‌های فیزیکی مرتبط با احساسات را رصد می‌کند: دمای پوست، رطوبت، ضربان قلب و سطح اکسیژن خون. این سیگنال‌ها، همراه با داده‌های حالت چهره، به تمایز بین احساسات واقعی و احساسات نمایشی کمک می‌کنند.

هوانیو چنگ، نویسنده اصلی این مقاله، گفت: “این یک روش جدید و بهبود یافته برای درک احساسات ما با نگاه کردن به چندین سیگنال بدن به طور همزمان است. تکیه صرف بر حالت‌های چهره برای درک احساسات می‌تواند گمراه کننده باشد. افراد اغلب به طور قابل مشاهده نشان نمی‌دهند که واقعاً چه احساسی دارند، به همین دلیل است که ما تجزیه و تحلیل حالت چهره را با سایر سیگنال‌های مهم فیزیولوژیکی ترکیب می‌کنیم که در نهایت منجر به نظارت و پشتیبانی بهتر از سلامت روان خواهد شد.”

نحوه کار این دستگاه

این دستگاه و حسگر به دلیل ساختارش از فلزات نازک و انعطاف‌پذیری مانند طلا و پلاتین که در طرح‌های موج‌دار چیده شده‌اند، به راحتی خم و راست می‌شود. این دستگاه همچنین شامل چندین مجموعه مستقل از حسگرها است که قادر به اندازه‌گیری همزمان سیگنال‌های پیچیده بدون هیچ گونه تداخلی هستند.

به عنوان مثال، یک لایه پشتی سفت و سخت، حسگرهای دما را تثبیت می‌کند تا در اثر کشش تحریف نشوند و یک لایه ضد آب، قرائت رطوبت را دقیق نگه می‌دارد. این داده‌ها به صورت بی‌سیم به یک تلفن یا سرور ابری منتقل می‌شوند و ارائه دهندگان خدمات درمانی را قادر می‌سازد تا پاسخ‌های عاطفی آن افراد را در زمان واقعی رصد و پیگیری کنند، در حالی که اطمینان حاصل می‌شود که هیچ اطلاعات شخصی یا هویتی ثبت نمی‌شود.

از طریق این روش، محققان یک مدل هوش مصنوعی را برای تشخیص احساسات واقعی و عملی آموزش دادند. برای یک آزمایش، از داوطلبان خواسته شد تا شش حالت چهره رایج – شادی، خشم، ترس، تعجب، انزجار و غم – را در حالی که دستگاه تحت نظارت فیزیولوژیکی بود، تکرار کنند. مدل هوش مصنوعی این احساسات عملی را با دقت 96.28 درصد تشخیص داد.

در ارزیابی احساسات واقعی، از شرکت‌کنندگان خواسته شد تا در حالی که پچ را پوشیده‌اند، کلیپ‌های ویدیویی با بار احساسی تماشا کنند. این سیستم تقریباً در ۸۹ درصد مواقع، پاسخ‌های عاطفی آنها را به طور دقیق طبقه‌بندی کرد و تغییرات فیزیولوژیکی ظریفی مانند افزایش ضربان قلب و افزایش دمای پوست را در هنگام تعجب و عصبانیت ثبت کرد.

• این ژل ها طعم ها را به واقعیت مجازی می آورد

لیبو گائو، نویسنده همکار مقاله، گفت: “ما این دستگاه را طوری مهندسی کرده‌ایم که این سیگنال‌های مختلف را به طور مستقل و بدون تداخل آنها با یکدیگر اندازه‌گیری کند و تصویری بسیار واضح‌تر و دقیق‌تر از آنچه در زیر سطح اتفاق می‌افتد، ارائه دهد.”

کاربردهای آینده این حسگر

یانگبو یوان، نویسنده همکار مقاله، گفت: “این فناوری پتانسیل کمک به افرادی را دارد که با سلامت روان خود دست و پنجه نرم می‌کنند، اما شاید با دیگران یا حتی خودشان در مورد میزان مشکلشان کاملاً صادق نباشند.با پیگیری این سیگنال‌ها، می‌توان مشکلاتی مانند اضطراب یا افسردگی را در مراحل اولیه پیشرفت آنها تشخیص داد.”

چنگ در ادامه گفت: “این حسگر می‌تواند عملکردی حیاتی در پر کردن شکاف‌های دسترسی به مراقبت داشته باشد. با توجه به افزایش سطح استرس در جامعه مدرن، توانایی نظارت بر احساسات می‌تواند شاخص‌های اولیه‌ای از شرایط ناتوان‌کننده ارائه دهد و امکان حمایت پیشگیرانه را فراهم کند.”

این دستگاه همچنین می‌تواند نقش‌های تشخیصی گسترده‌تری را ایفا کند. این دستگاه می‌تواند در مشاهده بیماران غیرکلامی، نظارت بر علائم زوال عقل، ردیابی علائم اولیه مصرف بیش از حد مواد افیونی، مدیریت زخم‌های مزمن و مراقبت از بیماری‌های عصبی کمک کند.

چنگ در پایان گفت: “در حالی که هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است، این دستگاه گامی مهم در توانایی ما برای نظارت و درک احساسات انسانی است و به طور بالقوه راه را برای رویکردهای پیشگیرانه و شخصی‌سازی‌شده‌تر در مراقبت از سلامت روان هموار می‌کند.”

فلج (معلولیت) یکی از مخرب‌ترین بیماری‌های پزشکی است که افراد را در یک لحظه از تحرک و استقلال محروم می‌کند. آسیب‌های نخاعی، به ویژه، چالش‌های قابل توجهی را ایجاد می‌کنند زیرا نخاع مسئول انتقال پیام‌ها بین مغز و بدن است. پس از آسیب، توانایی محدودی برای بهبودی دارد و میلیون‌ها نفر در سراسر جهان را با فلج دائمی مواجه می‌کند.

با این حال، یک کارآزمایی بالینی پیشگامانه در ژاپن کورسوی امیدی را ایجاد کرده است که نشان می‌دهد درمان با سلول‌های بنیادی ممکن است مسیری را برای بهبودی برخی از بیماران ارائه دهد.

پیوند سلول‌های بنیادی امید را برای افراد فلج به ارمغان می‌آورد

یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور هیدیوکی اوکانو در دانشگاه کیو از دستیابی به موفقیت بزرگی در درمان آسیب نخاعی خبر داده است. چهار بیمار که دچار آسیب‌های شدید نخاعی شده بودند، پیوند سلول‌های بنیادی عصبی مشتق از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPS) را دریافت کردند.

یکی از بیماران، مردی که قبلاً به عنوان کاملاً فلج طبقه‌بندی شده بود، اکنون می‌تواند بدون کمک بایستد و تمرینات راه رفتن را آغاز کرده است. بیمار دیگری حرکت در بازوها و پاهای خود را بازیابی کرد، در حالی که دو نفر دیگر هیچ بهبود قابل توجهی نشان ندادند.

بیماران، که همگی مردان بالغ بودند، این درمان را ظرف ۱۴ تا ۲۸ روز پس از آسیب‌دیدگی خود، در طول مرحله‌ای که به عنوان مرحله نیمه‌حاد شناخته می‌شود، دریافت کردند. به هر فرد دو میلیون سلول بنیادی عصبی در محل آسیب تزریق شد تا اتصالات عصبی از دست رفته بازسازی شوند. نتایج، اگرچه متناقض هستند، اما گامی مهم در جستجوی درمان‌های مؤثر برای آسیب نخاعی محسوب می‌شوند.

نتایج اولیه امیدوارکننده

این آزمایش که در دسامبر ۲۰۲۱ آغاز شد، شامل پیگیری‌های دقیق در طول یک سال بود. یکی از بیماران از رتبه «A» در مقیاس آسیب نخاعی، به معنای فلج یا معلولیت کامل، به «D» بهبود یافت که به او اجازه می‌داد با یا بدون کمک راه برود.

بیمار دیگری از رتبه «A» به «C» ارتقا یافت، به این معنی که نمی‌توانست به تنهایی بایستد، اما کنترل کافی برای غذا خوردن مستقل و استفاده از ویلچر را به دست آورده بود. با وجود این نتایج امیدوارکننده، دو نفر از چهار بیمار بهبودی قابل توجهی نشان ندادند. با این حال، هیچ عارضه جانبی جدی مشاهده نشد که اطمینان خاطری در مورد ایمنی درمان ایجاد می‌کند.

• سلول های ستاره دریایی مهندسی و تولید شده در MIT میتوانند تغییر ظاهر دهند

جیمز سنت جان، متخصص علوم اعصاب در دانشگاه گریفیت استرالیا، گفت: “این نتایج، یک نتیجه مثبت عالی هستند. این برای این حوزه بسیار هیجان‌انگیز است.”

با این حال، او همچنین هشدار داد که تحقیقات بیشتری برای تعیین اینکه آیا این بهبودها به دلیل سلول‌های بنیادی یا بهبودی طبیعی بوده‌اند، مورد نیاز است.

آینده درمان نخاع

تیم دانشگاه کیو اکنون قصد دارد تحقیقات خود را گسترش دهد و بر افزایش تعداد سلول‌های بنیادی عصبی پیوند شده و آزمایش درمان بر روی بیماران در مرحله مزمن آسیب نخاعی تمرکز کند. این مرحله ماه‌ها یا سال‌ها پس از آسیب رخ می‌دهد، زمانی که بازسازی عصب معمولاً حتی دشوارتر است.

اوکانو گفت: “ما توانستیم در اولین درمان آسیب نخاعی در جهان با استفاده از سلول‌های iPS به نتایجی دست یابیم. روزهای سختی بود که تحقیقات با استفاده از سلول‌های iPS نتیجه‌ای نداشت، اما این تحقیق نتایجی را به دست آورده است که ارزش تأیید ایمنی و تخمین اثربخشی را دارد.”

در حالی که آزمایش‌های بالینی گسترده‌تری برای تعیین پتانسیل کامل درمان با سلول‌های بنیادی مورد نیاز است، این مطالعه گامی مهم در جهت یافتن یک درمان مناسب برای فلج (دارای معلولیت) است. با وجود بیش از ۱۵ میلیون نفر در سراسر جهان که با آسیب‌های نخاعی (نوعی معلولیت حرکتی) زندگی می‌کنند، امکان بازیابی توانایی‌های حرکتی از دست رفته، امید تازه‌ای را برای افراد آسیب‌دیده ایجاد می‌کند.

اینبار پای ستاره دریایی درمیان است. پایه و اساس حیات با یک سلول متحرک آغاز می‌شود. سلول‌ها در پاسخ به سیگنال‌های بیوشیمیایی، منقبض، تغییر شکل و تقسیم می‌شوند و در نهایت به موجودات زنده پیچیده تبدیل می‌شوند. اکنون، محققان MIT راهی برای دستکاری این حرکات سلولی اولیه با استفاده از نور کشف کرده‌اند که ابزاری جدید برای کنترل شکل و حرکت سلول با دقت قابل توجه ارائه می‌دهد.

این مطالعه به طور خاص به سلول‌های تخم ستاره دریایی می‌پردازد که به عنوان یک ارگانیسم مدل برای مطالعه رفتار و توسعه سلول مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تیم توانست حرکات سلولی مانند انقباضات، انقباضات و حتی تبدیل شکل از دایره به مربع را هدایت کند. این کار با اصلاح ژنتیکی سلول برای داشتن یک آنزیم حساس به نور و استفاده از الگوهای متمرکز نور برای تحریک فعالیت‌های سلولی انجام شد.

نیکتا فخری، نویسنده ارشد این مطالعه و دانشیار فیزیک در MIT، می‌گوید: “با آشکار کردن اینکه چگونه یک سوئیچ فعال شده توسط نور می‌تواند سلول‌ها را در زمان واقعی تغییر شکل دهد، ما در حال کشف اصول اولیه طراحی برای چگونگی خودسازماندهی و تکامل شکل سیستم‌های زنده هستیم. قدرت این ابزارها این است که ما را در رمزگشایی تمام این فرآیندهای رشد و نمو راهنمایی می‌کنند تا به ما در درک چگونگی انجام آن توسط طبیعت کمک کنند.”

شکستن کد حرکت سلولی در ستاره دریایی

فخری می‌گوید: “ستاره دریایی یک سیستم جذاب است. زیرا با یک سلول متقارن شروع می‌شود و در مراحل اولیه به یک لارو متقارن دو طرفه تبدیل می‌شود و سپس به تقارن پنج ضلعی بالغ تبدیل می‌شود. بنابراین تمام این فرآیندهای سیگنالینگ در طول مسیر اتفاق می‌افتند تا به سلول بگویند که چگونه باید سازماندهی شود.”

این تحقیق بر اساس پیشرفت‌های قبلی در درک معماری یک سلول و مدار مولکولی که حرکات آن را کنترل می‌کند، بنا شده است.

در این مورد، آنزیمی به نام GEF از همه مهم‌تر است و معمولاً در سیتوپلاسم سلول یافت می‌شود. وقتی GEF فعال است، پروتئینی به نام Rho را فعال می‌کند که به غشای سلولی میل ترکیبی دارد. پروتئین Rho در توسعه فیبرهای شبه ماهیچه‌ای که بسیار کوچک هستند، شرکت می‌کند. این فیبرها منقبض می‌شوند و به سلول اجازه می‌دهند شکل و موقعیت خود را تغییر دهد.

• مغز طوطی مشابه مغز انسان در تولید کلمات عمل می کند

افزایش غلظت GEF در داخل سلول منجر به افزایش انقباضات شد و بنابراین این سوال را مطرح کرد که آیا می‌توان با استفاده از این مدار مولکولی، نحوه و زمان حرکت سلول را مستقیماً کنترل کرد یا خیر.

فخری می‌گوید: “این ایده ما را به این فکر انداخت که آیا هک کردن این مدار امکان‌پذیر است، نه تنها برای تغییر الگوی حرکات سلول، بلکه برای دستیابی به یک پاسخ مکانیکی مطلوب.”

کاربردهای زیست‌پزشکی آینده

یکی از یافته‌های به‌ویژه شگفت‌انگیز، کشف «آستانه تحریک‌پذیری» در سیستم پاسخ سلول بود. محققان مشاهده کردند که اعمال نور به یک نقطه واحد روی سلول، اگر غلظت آنزیم به اندازه کافی بالا باشد، می‌تواند انقباضات فراگیر و کامل سلول را تحریک کند.

فخری می‌گوید: “ما متوجه شدیم که این مدار Rho-GEF یک سیستم تحریک‌پذیر است، جایی که یک محرک کوچک و به‌موقع می‌تواند یک پاسخ بزرگ همه یا هیچ را ایجاد کند. بنابراین می‌توانیم کل سلول یا فقط یک مکان کوچک روی سلول را روشن کنیم، به طوری که آنزیم کافی به آن ناحیه جذب شود تا سیستم برای انقباض یا انقباض خود به خودی شروع به کار کند.”

برای پیش‌بینی چگونگی واکنش سلول‌ها به الگوهای نوری مختلف، این تیم یک چارچوب نظری ایجاد کرد که بازسازی سلولی را بر اساس تحریک نوری ترسیم می‌کند. این چیزی بیش از یک مدل است؛ این مدل درک بهتری از پدیده‌های بیولوژیکی اساسی مانند رشد جنین و بهبودی ارائه می‌دهد.

او در پایان می‌گوید: “این کار ( آزمایش روی ستاره دریایی)طرحی برای طراحی سلول‌های مصنوعی «قابل برنامه‌ریزی» ارائه می‌دهد و به محققان اجازه می‌دهد تغییرات شکل را به دلخواه برای کاربردهای زیست‌پزشکی آینده هماهنگ کنند.”

دورهمی‌های خانوادگی اغلب داستان‌هایی درباره دوران کودکی شما تعریف می‌کنند. به نظر می‌رسد همه به یاد دارند که شما در کودکی چقدر شیطنت می‌کردید، به جز خودتان. خاطراتی که گویا به راحتی فراموش شده اند.

آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چطور اعضای خانواده‌تان آن را به یاد می‌آورند اما شما نه؟ این ناتوانی در به یاد آوردن سال‌های اولیه زندگی ما مدت‌هاست که طبیعی تلقی می‌شود. اما تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که این داستان ممکن است اصلاً مربوط به خاطرات از دست رفته نباشد – بلکه مشکل در بازیابی آنها باشد.

بازاندیشی در مورد حافظه نوزاد

برای دهه‌ها، دانشمندان معتقد بودند که نوزادان به دلیل عدم بلوغ برخی از ساختارهای مغز، به ویژه هیپوکامپ، نمی‌توانند خاطرات پایدار تشکیل دهند. با این حال، یک مطالعه جدید به رهبری تریستان یتس و همکارانش این فرض را به چالش می‌کشد.

آنها با استفاده از اسکن‌های MRI عملکردی (fMRI)، مغز نوزادان بین ۴ تا ۲۵ ماه را در حالی که کودکان در وظایف حافظه با دقت طراحی شده شرکت می‌کردند، مطالعه کردند.

این وظایف ساده اما گویا بودند – به نوزادان تصاویری از چهره‌ها، اشیاء و صحنه‌ها نشان داده شد، سپس بعداً در طول تصویربرداری عصبی برای نشانه‌های تشخیص مشاهده شدند. یافته‌ها واضح بودند: زمانی که نوزادان به ۱۲ ماهگی می‌رسند، مغز آنها قادر به رمزگذاری خاطرات خاص است.

این نشان می‌دهد که اگرچه نمی‌توانیم آن چند سال اول را به یاد بیاوریم، اما مغز ما احتمالاً از همان ابتدا اطلاعات را ذخیره می‌کرده است.

مورد عجیب فراموشی نوزادی و کودکی

پدیده به یاد نیاوردن چیزی از اوایل کودکی به عنوان فراموشی نوزادی شناخته می‌شود. به طور سنتی، دانشمندان آن را به توسعه نیافتگی هیپوکامپ نسبت می‌دادند، که برای تشکیل خاطرات اپیزودیک ضروری است. اما اگر خاطرات از بین نرفته باشند، فقط قفل شده باشند چه؟

مطالعات روی حیوانات، به ویژه جوندگان، پیش از این به این احتمال اشاره کرده‌اند. در این مطالعات، خاطراتی که در اوایل زندگی شکل گرفته‌اند در ساختار مغز باقی مانده‌اند اما با گذشت زمان بدون نشانه‌های خاص یا تحریک خارجی غیرقابل دسترسی شده‌اند.

• ۷ گیاهی که میتوانند صنعت داروسازی را متحول کنند

به عبارت دیگر، خاطرات وجود داشته‌اند اما دفن شده‌اند، نه اینکه پاک شوند. مطالعه جدید fMRI نوزادان با این دیدگاه همسو است و نشان می‌دهد که نوزادان انسان در واقع ردپاهای حافظه ایجاد می‌کنند، اما با رشد آنها، بازیابی آن خاطرات به طور فزاینده‌ای چالش برانگیز می‌شود.

پیچیدگی‌های حافظه

جالب اینجاست که نوزادان حافظه را به روش‌هایی نشان می‌دهند که به سادگی یادآوری بزرگسالان نیست. نوزادان می‌توانند اعمالی را که قبلاً دیده‌اند تقلید کنند، چهره‌های آشنا را تشخیص دهند و به محرک‌های تکراری خاص پاسخ دهند – همه نشانه‌هایی از حافظه در حال کار.

اما اینکه آیا این رفتارها به هیپوکامپ یا سایر قسمت‌های مغز مرتبط هستند یا خیر، تاکنون مشخص نبود. مطالعه جدید تأیید می‌کند که هیپوکامپ در طول وظایف حافظه در نوزادان واقعاً فعال است و نشان می‌دهد که اینها فقط رفلکس یا رفتارهای آموخته شده نیستند، بلکه پاسخ‌های واقعی مبتنی بر حافظه هستند.

این یافته‌ها درک ما را از نحوه ذخیره خاطرات اولیه و اینکه چرا ممکن است بعداً در زندگی دسترسی آگاهانه به آنها را از دست بدهیم، عمیق‌تر می‌کند. اینطور نیست که مغز ما اولین لبخندها، قدم‌ها یا لحظات غان و غون کودکانه ما را فراموش کند – آنها به سادگی پنهان هستند، شاید منتظر کلید مناسب برای باز کردن آنها باشند.

این تحقیق همچنین درهایی را برای درک چگونگی عملکرد از دست دادن حافظه در بزرگسالان باز می‌کند. اگر خاطرات اولیه به سادگی پنهان هستند و از بین نرفته‌اند، آیا سایر خاطرات “گم شده” در بزرگسالان نیز پنهان هستند؟ آیا برخی محرک‌ها یا درمان‌ها می‌توانند به بهبود آنها کمک کنند؟

این مطالعه ممکن است به ما در درک بهتر شرایطی مانند فراموشی و آلزایمر کمک کند. همچنین به ما یادآوری می‌کند که مغز انسان بسیار پیچیده‌تر و توانمندتر از آن چیزی است که گاهی اوقات فکر می‌کنیم – حتی در سن فقط ۱۲ ماهگی.

دانشمندان با موفقیت فرکانس های ارتعاشی طبیعی ساخته شده توسط ویروس های فردی را شناسایی کرده اند. شیمی دانان و میکروبیولوژیست ها در دانشگاه ایالتی میشیگان از یک روش تمام نوری برای این آزمایش ویروسی استفاده کردند.

مطالعه منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم نشان داد که دانشمندان راهی برای رد کردن نور از ویروس ها و تشخیص الگوهای ارتعاشات ناشی از آن پیدا کردند که به راحتی قابل شناسایی است. محققان نوسانات منسجم طولانی مدت را در یک ویروس در دمای اتاق کشف کردند که برای چندین نانوثانیه باقی می ماند.

انگشت نگاری ویروسی

محققان می‌گویند: “این سیگنال‌های منسجم باعث ایجاد یک طیف صوتی می‌شوند که به مورفولوژی ویروس و تعاملات بین گلیکوپروتئین‌های آن و محیط بسیار حساس است.”

روش مورد استفاده در آزمایش جدید وعده می دهد که پویایی ویروسی را بدون برچسب گذاری روشن کند و می تواند به عنوان وسیله ای برای اثر انگشت ویروسی عمل کند. محققان با استفاده از طیف‌سنجی فوق سریع، حرکات ارتعاشی ذرات ویروس بدون برچسب را در شرایط محیطی دنبال کردند.

ردیابی مسیرهای ویروس

طبق این مطالعه، طیف اولتراسونیک یک شبه ویروس لنتی ویروسی 80 تا 100 نانومتری حالت‌های ارتعاشی را در محدوده 19 تا 21 گیگاهرتز حساس به مورفولوژی ویروس و حالت‌های 2 تا 10 گیگاهرتز با زمان‌های کاهش فاز نانو ثانیه نشان می‌دهد که برهمکنش‌های پروتئین پوشش ویروسی را منعکس می‌کند.

محققان نشان دادند که با ردیابی مسیرهای ویروس در عرض چند دقیقه، جفت حالت صوتی را با واسطه محیط محلی مشاهده کردند. ردیابی تک ذره امکان ضبط جداسازی ویروس را از طریق نرم‌کردن و حذف فاز همبسته فراهم می‌کند.

محققان بیان کردند که حساسیت، وضوح بالا و سرعت این رویکرد، بینش عمیق‌تری را در مورد پویایی بیولوژیکی و تشخیص مراحل اولیه در سطح میکروارگانیسم منفرد می‌دهد.

• این کرم آزمایشگاهی میتواند صنعت رباتیک را متحول کند

ویروس ها به روش های منحصر به فرد خود ارتعاش می کردند

پس از آزمایش چندین ویروس، تیم تحقیقاتی دریافتند که هر یک از آنها به روش های منحصر به فرد خود، متمایز از یکدیگر و از همه مولکول های دیگری که آزمایش کرده اند، ارتعاش می کنند. به گزارش Phys.org، این بدان معناست که BioSonics می تواند به عنوان نوعی حسگر مورد استفاده قرار گیرد و دستگاه هایی را قادر می سازد که به عنوان مثال یک اتاق را اسکن کنند، ویروس های موجود در هوا را شناسایی کرده و آنها را شناسایی کنند.

محققان در این مطالعه ذکر کرده‌اند که ارتعاشات کم فرکانس سیستم‌های بیولوژیکی مانند پروتئین‌ها، ویروس‌ها و باکتری‌ها از حرکت جمعی همه اتم‌های تشکیل‌دهنده آنها ناشی می‌شود. بنابراین، طیف ارتعاشی این سیستم‌های بیولوژیکی، ساختار سه‌بعدی و انعطاف‌پذیری ساختاری و همچنین برهمکنش‌های حیاتی آن‌ها را با محیطشان منعکس می‌کند.

دانشمندان از تنظیمات پارامتر مناسب برای تشخیص ارتعاشات منتشر شده توسط ویروس با استفاده از تکنیکی که آنها طیف‌سنجی BioSonics نامیده‌اند، استفاده کردند. آنها فاش کردند که این صدا نه تنها خیلی ضعیف برای شنیدن با گوش انسان نیست، بلکه بسیار زیاد است، با فرکانس 1 میلیون برابر بیشتر از آنچه که انسان می تواند بشنود.

محققان در این مطالعه می‌گویند: “روش ما ویژگی‌های ساختاری حساس به مورفولوژی ویروس، پروتئین‌های سطحی و شرایط محیطی را نشان می‌دهد و بینش‌هایی را در مورد مکانیک ویروسی و فعل و انفعالاتی ارائه می‌دهد که با روش‌های تک ذره‌ای دیگر امکان‌پذیر نیست.”

برای اولین بار، دانشمندان دریافتند که جرقه های الکتریکی را می توان با استفاده از امواج فراصوت هدایت کرد. مطالعه‌ای که اخیرا توسط محققان اسپانیایی، فنلاند و کانادا انجام شد، روشی را کشف کرد که امواج فراصوت برق را از طریق هوا منتقل می‌کند.

محققان نشان دادند که این راهنمایی به این دلیل اتفاق می‌افتد که جرقه‌ها هوا را گرم می‌کنند که باعث انبساط و کاهش چگالی آن می‌شود. به گفته محققان، سپس هوای گرم توسط امواج مافوق صوت به مناطقی هدایت می‌شود که شدت صدا در آن‌ها بیشتر است و جرقه‌های بعدی به دلیل ولتاژ شکست پایین‌تر این مناطق هوای سبک‌تر را دنبال می‌کنند.

کنترل در فضای باز سخت است

با این حال، به گفته محققان، کنترل آنها در فضای باز دشوار است زیرا به شاخه های پر هرج و مرج تقسیم می شوند که تمایل دارند به سمت نزدیک ترین اجسام فلزی بروند.

دکتر مارزو از دانشگاه دولتی ناوارا، محقق اصلی، توضیح داد که در حالی که آنها این پدیده را بیش از یک سال پیش مشاهده کردند، ماه ها طول کشید تا به کنترل برسند و حتی زمان بیشتری برای درک مکانیسم زیربنایی. به گفته محققان، سطح کنترل جرقه های الکتریکی اجازه می دهد تا جرقه را در اطراف موانع هدایت کند یا به نقاط خاصی برخورد کند، حتی به مواد غیر رسانا.

کنترل دقیق جرقه ها

محققان همچنین اظهار داشتند که جرقه‌ها را فقط می‌توان با تخلیه‌های ناشی از لیزر، که در اصطلاح عامیانه Electrolysers نامیده می‌شود، هدایت کرد، که نیاز به استفاده از لیزرهای خطرناک و همچنین زمان‌بندی دقیق بین لیزر و تخلیه الکتریکی دارد.

روش توسعه یافته به جای لیزر از اولتراسوند استفاده می کند و برای چشم و پوست بی خطر است. محققان افزودند که این تجهیزات جمع و جور، مقرون به صرفه است و می تواند به طور مداوم کار کند.

• این کرم آزمایشگاهی میتواند صنعت رباتیک را متحول کند

پالس های لیزر می توانند تخلیه ها را هدایت کنند اما به توان بالایی نیاز دارند

پروفسور آری سالمی از دانشگاه هلسینکی گفت: “کنترل دقیق جرقه ها امکان استفاده از آنها را در کاربردهای متنوعی مانند علوم جوی، روش های بیولوژیکی و قدرت انتخابی مدارها فراهم می کند.”

این مطالعه که در مجله Science Advances منتشر شد، نشان داد که پلاسمای الکتریکی جرقه هایی را در هوا تشکیل می دهد که جریان الکتریکی را منتقل می کند. این جریان می تواند برق الکترونیکی با ولتاژ بالا را تامین کند، باکتری ها را از بین ببرد، حس لامسه ایجاد کند یا برای جوشکاری استفاده شود. با این حال، تشکیل جرقه آشفته است و کنترل آن سخت است. محققان تاکید کردند پالس‌های لیزر می‌توانند تخلیه‌ها را هدایت کنند، اما به قدرت بالایی نیاز دارند و کنترل آن مختل‌کننده و دشوار است.

جرقه الکتریکی 4 سانتی متری با استفاده از میدان های فراصوت به اطراف یک مانع هدایت شد

محققان در این مطالعه گفتند: “در اینجا، ما نشان می‌دهیم که میدان‌های فراصوت (اولتراسونیک) می‌توانند جرقه‌های پلاسما را حتی در اطراف موانع هدایت کنند. پرتوهای فراصوت را می‌توان به صورت پویا و در عرض میلی‌ثانیه هدایت کرد و امکان کنترل دقیق، غیرخطرناک و سریع جرقه‌های ولتاژ بالا را فراهم کرد.”

این پدیده را می توان برای کاربردها در سوئیچینگ ولتاژ بالا و درمان های پلاسما استفاده کرد. در این مطالعه، یک جرقه الکتریکی 4 سانتی متری با استفاده از میدان های اولتراسونیک به اطراف یک مانع هدایت شد.

محققان به این نتیجه رسیدند که جرقه الکتریکی هوا را گرم می کند. این هوای گرم شده منبسط می شود و در نتیجه چگالی آن کاهش می یابد. هوای با چگالی کمتر گرم شده توسط میدان فراصوت شکل می‌گیرد که آن را به مناطق با دامنه بالا هل می‌دهد و منطقه هوای با چگالی کمتر مسیر تخلیه ترجیحی است.

به گفته محققان، این در راستای تخلیه هدایت شده با لیزر است، اما به گفته محققان، ناحیه گرم شده هوا با چگالی کمتر توسط خود جرقه ایجاد می شود و توسط میدان اولتراسونیک شکل می گیرد.

جوسو ایریساری، نویسنده اول این نشریه از دانشگاه عمومی ناوار، گفت: “من از امکان استفاده از جرقه های بسیار ضعیف برای ایجاد محرک های لمسی کنترل شده در دست، شاید ایجاد اولین سیستم بریل بدون تماس، هیجان زده هستم.”

این یک مشکل رایج در بین ارائه محصولات کشاورزی است: گوجه فرنگی امروزی ممکن است بزرگ باشد، اما بی مزه است. اکنون محققان می‌گویند که می‌توانند با تغییر ژن‌هایی که بر سطح قند میوه تأثیر می‌گذارند، این مشکل را برطرف کنند. در حالی که خویشاوندان وحشی آنها میوه های کوچک و شیرین تولید می کنند، گوجه فرنگی های اهلی که به صورت صنعتی رشد می کنند. برای بازدهی بالا پرورش داده شده اند و در نتیجه گونه هایی 10تا100 برابر بزرگتر تولید می شوند.

اکنون دانشمندان در چین می‌گویند که دو ژن را شناسایی کرده‌اند که مانع تولید قند در گوجه‌فرنگی در حین رسیدن می‌شوند و نسخه‌های ویرایش‌شده ژنی از گونه‌های اهلی‌شده را ایجاد کرده‌اند تا میوه‌ای بزرگ اما شیرین نیز به دست آورند.

پروفسور هوانگ، مدیر کل موسسه ژنومیک کشاورزی در آکادمی علوم کشاورزی چین، شنژن، گفت که لازم است بین نیازهای مصرف کنندگان با نیازهای تولیدکنندگان و کشاورزان تعادل برقرار شود.

او گفت: “از آنجایی که کشاورزان گوجه‌فرنگی بزرگ‌تر و عملکرد بالاتر می‌خواهند، مصرف‌کنندگان نیز خواهان گوجه‌فرنگی شیرین‌تر هستند. کشف ژن‌های ترمز شکر منجر به [پرورش] گوجه‌فرنگی شیرین‌تر بدون کاهش اندازه و عملکرد میوه می‌شود و رابطه منفی بین عملکرد و کیفیت را از بین می‌برد.”

تحقیقات تغییرات ژنتیکی گوجه فرنگی شیرین

محققان در مقاله‌ای در مجله Nature توضیح می‌دهند که چگونه برای اولین بار ژنوم گیاهان وحشی و کشت شده گوجه فرنگی را کشف کردند و دو ژن مشابه مرتبط با محتوای قند میوه را شناسایی کردند. آنها می گویند که نسخه های این ژن های مرتبط با شیرینی بالا در گیاهان گوجه فرنگی وحشی رایج است، اما تا حد زیادی در گونه های مدرن از بین رفته است.

• عینک های هوش مصنوعی اطلاعات شخصی افراد را با نگاه کردن به آنها نشان می دهد

تحقیقات بیشتر نشان داد که نسخه‌های ژن‌های موجود در گیاهان اهلی گوجه‌فرنگی، تولید آنزیمی را امکان‌پذیر می‌کند که آنزیم قندساز دیگری را برای تخریب در سلول‌ها نشان می‌دهد. در مقابل، نسخه‌های این ژن‌ها که در گیاهان وحشی یافت می‌شوند، تولید این آنزیم را محدود می‌کنند و در نتیجه گوجه‌فرنگی‌ها شیرین‌تر می‌شوند.

هنگامی که این تیم از ابزار ویرایش ژن Crispr-Cas9 برای ایجاد تغییرات دقیق در DNA گیاهان اهلی گوجه فرنگی استفاده کرد و از عملکرد صحیح این ژن ها جلوگیری کرد، دریافتند میوه به دست آمده تا 30 درصد محتوای قند بیشتری نسبت به گیاهان اصلاح نشده دارد. با این حال، به طور غیر منتظره، تفاوت معنی داری در وزن یا عملکرد میوه وجود نداشت. در حالی که گوجه‌فرنگی‌های اصلاح‌شده ژنی، دانه‌های کمتر و سبک‌تری داشتند، اما به طور معمول جوانه زدند.

محققان می گویند کار آنها نشان می دهد که این دو ژن به عنوان ترمز قند در طول رسیدن میوه کار می کنند، احتمالا برای اطمینان از وجود انرژی کافی برای رشد دانه ها. هوانگ گفت گوجه‌فرنگی‌های جدید می‌توانند ظرف سه تا پنج سال در سوپرمارکت‌ها قرار بگیرند. این تیم اشاره کرد که گوجه‌فرنگی‌های اصلاح‌شده ژنی دیگری قبلاً در ژاپن موجود بودند.

با این حال، ممکن است مدتی طول بکشد تا دیگران بتوانند ثمرات چنین علمی را بچشند. در حالی که قوانین جدید از رشد محصولات ژنتیکی شده در انگلستان و ولز حمایت می کند، قانونی سازی ثانویه مورد نیاز برای اجرای این قانون هنوز تصویب نشده است.

محققان روش جدیدی برای تولید بیودیزل از روغن‌های پسماند ایجاد کرده‌اند. این فرآیند ساده به گرمای نسبتاً ملایمی نیاز دارد و این پتانسیل را دارد که منبع سوخت جایگزین را برای بخش‌های عظیم صنعتی جذاب‌تر کند. این فرآیند که توسط شیمیدانان UC سانتا کروز توسعه یافته است، روغن گیاهی استفاده شده را به بیودیزل تبدیل می کند.

آنها از سدیم تترا متوکسی بورات (NaB(OMe)4) استفاده کردند که برای ساختن ماده فعالی که با روغن واکنش می دهد و بیودیزل تولید می کند استفاده می شود. به گفته محققان، این اجازه می دهد تا سوخت زیستی به راحتی از محصولات جانبی تولید جدا شود – با ریختن آنها به سادگی.

فرآیند را می توان در کمتر از یک ساعت تکمیل کرد

شیمیدانان همچنین ادعا کرده اند که واکنش را می توان در کمتر از یک ساعت در دمای پایین 40 درجه سانتیگراد (104 درجه فارنهایت) تکمیل کرد که باعث صرفه جویی در انرژی و هزینه می شود. همچنین، محصول جانبی به دست آمده را می توان برای بازسازی گران ترین ماده در فرآیند تولید استفاده کرد.

کوین لوفگرن، نویسنده اصلی و دکترا گفت: “من همیشه می خواستم روی بیودیزل کار کنم. من شروع به کاوش در این ماده جدید کردم تا ببینم آیا می‌تواند به چربی‌های موجود در روغن حمله کند تا به کاتالیز بیودیزل کمک کند، و همه چیز از آنجا جاری شد.”

در حالی که مصرف کنندگان به طور فزاینده ای به انرژی خورشیدی و الکتریکی برای تامین انرژی خانه ها و وسایل نقلیه خود روی می آورند، بخش های عظیم صنعتی آمریکا همچنان به سوخت دیزل متکی هستند. بر اساس بیانیه مطبوعاتی، محققان خاطرنشان کرده‌اند که اکثر کامیون‌ها، قطارها و قایق‌هایی که کالاها را در سراسر جهان حمل می‌کنند، در حال حاضر با موتورهای دیزلی کار می‌کنند و به این زودی‌ها برقی نمی‌شوند.

• تعیین توالی DNA – دریچه‌ای به اسرار حیات

روش مقرون به صرفه

همچنین ادعا می‌شود که بیودیزل، که یک سوخت مورد تایید کربن خنثی است، می‌تواند وسایل نقلیه را بدون نیاز به تغییرات موتور نیرو دهد.

لوفگرن افزود: “این روش جدید خاص است زیرا ساده و مقرون به صرفه است. این امتیاز این است که می تواند مواد اولیه را بازسازی کند. این در حال حاضر به اندازه کافی کم هزینه است تا آن را رقابتی کند. اما اگر بتوانید یک بار گران‌ترین ماده را بخرید و سپس آن را بازسازی کنید، در دراز مدت مقرون به صرفه‌تر خواهد بود.”

این مطالعه که در مجله American Chemical Society Journal Energy & Fuels منتشر شده است، فرآیندی را نشان می دهد که می تواند بیودیزل را در دمایی کمتر از دمای لازم برای جوشاندن آب تولید کند.

اسکات الیور، پروفسور شیمی و بیوشیمی و یکی از نویسندگان مطالعه، اظهار داشت که همه به انرژی نیاز دارند – هر مزرعه، کارخانه تولید غذا و وسایل حمل و نقل به آن وابسته است. “این واقعاً می تواند بر مردم تأثیر بگذارد. این فرآیند را می توان در دمای بالاتر از اتاق انجام داد و قابل استفاده مجدد است. شما نیازی به داشتن یک پالایشگاه ندارید. شما به طور بالقوه می توانید از این روش در مزرعه استفاده کنید.”

فرآیند جدید توسعه‌یافته از استفاده از پایه‌های هیدروکسیدی که در حال حاضر استفاده می‌شوند اجتناب می‌کند، در نتیجه از تولید دیزل صابونی جلوگیری می‌کند و نیاز به حذف آب از مخلوط واکنش و تبدیل ناخالصی‌های صابونی به متیل استرهای اسید چرب (FAME) را حذف می‌کند. علاوه بر این، بر اساس این مطالعه، ترکیبات گلیسرول-بور محصول جانبی یک جامد را تشکیل می دهند و جداسازی بیودیزل را با تخلیه ساده تسهیل می کنند.

محققان همچنین ادعا کردند که واکنش‌های ترانس استریفیکاسیون با استفاده از روغن‌های ارزان قیمت و فراوان از یک زنجیره اصلی فست فود و همچنین روغن سویا، روغن ذرت، روغن زیتون و چربی حیوانی موفقیت‌آمیز بوده و بازده متوسط ​​85 درصد برای واکنش‌های انجام شده در 80 درجه سانتیگراد (176 درجه فارنهایت) به مدت 1 ساعت.