تبلیغات
وبسایت مهندسین مكانیك ایران - ماشینکاری مولکولی 2

وبسایت مهندسین مكانیك ایران
 
IRANIAN WEBSITE OF MECHANICAL ENGINEERS‏

در دسامبر 1999 توسط جیمز تور و مارک‌ رید، یک استاد مهندسی برق دانشگاه ییل و آلارا از n State و تام مالوک، استاد شیمی تأسیس شد. ترزا مایر و تام جکسون، هردو از اساتید مهندسی برق n State نیز به صورت مشاور عمل می‌کنند.

اگرچه عملیات شرکت به صورت پراکنده در سطح کشور شروع شد –کلونجر می‌گوید: "ما افرادی در شیکاگو، تگزاس و دانشگاه ییل داشتیم."- ، ولی اکنون تنها قسمت صنعت که در پارک دانشگاه صورت نمی‌گیرد، سنتز شیمیایی است که تور در دانشگاه رایس انجام می‌دهد.

کلونجر توضیح می‌دهد: "این بخش خاص از فناوری پیشرفته، مناسب شرکتهای تازه‌تأسیس نیسـت. این مثـل شـروع‌کـردن یـک ".com" با 10 هزاردلار سرمایــه نیسـت. در صنعـت نیمـه‌هـادی، 10 هزاردلار هزینة یک جعبه برچسب هم نمی‌شود. دسترسی به NanoFab –و فضایی اداری به قیمت یک دلار بر هر فوت مربع!- تنها راهی است که موجب می‌شود ما روی پای خود بایستیم."

این رشته اگر تحرک نداشته‌باشد، هیچ است. کلونجر می‌گوید: "مدارات حافظه، منطقی و ذخیرة اطلاعات و هرچه که افراد در دهه‌های 60 و 70 در مورد سیلیکون سعی به ساختنش داشتند، هم‌اکنون در مورد الکترونیک مولکولی در جریان است. همه منتظرند تا کسی ترانزیستور –مولکولی که موجب ظهور یک‌سری از اثرات ثانویه خواهدشد- را بسازد."

هدف به گفتة او، جایگزین‌نمودن تمام صنعت سیلیکون نیست: این یک لقمة خیلی بزرگ برای این شرکت کوچک است. در عوض، سعی می‌شود بعنوان گام نخست یک‌سری از فناوریهای مخلوط خلق شود. "از هم‌اکنون ما متوجه کاربردهای مختلفی برای سکوهای سیلیکونی مرسوم و نحوة جفت‌کردن الکترونیک مولکولی با آنها شده‌ایم."

وی می‌گوید: "بعضی از بزرگترین مشکلاتمان که به چشم هم ممکن است نیاید، حاصل تلفیق این فناوری‌هاست." یک ماده در این دو مقیاس، ویژگیهای کاملا" متفاوتی دارد. و این واقعیت هم مدتها شناخته شده‌است، که مولکولهای آلی –که همانطور که ذکر شد به اقدامات سخت‌گیرانة اتاق تمیز برای مقابله با آلودگی سلولهای انسان یا گردوغبار نیازمندند- شدیدا" با سیلیکون ناسازگارند. کلونجر می‌گوید: "با ایجاد یک واحد سادة ساختمانی آلی و قراردادن آن روی یک برچسب، شما مجبور خواهیدشد که بعضی از قسمتها را دوباره اختراع کنید تا اجزای آلی تحت فرآیندهای ساخت مرسوم، نابود نشوند."

بعنوان گام نخست، شرکت درحال حاضر آماده می‌شود تا آزمایش مولکولی را در دست بگیرد. کلونجر توضیح می‌دهد: "ما تلاش می‌کنیم بعضی فرآیندهای ساده را به شکل on-line درآوریم، تا قادر به توصیف مولکولهـا و فهم بهتر نقش آنها باشیم." پس از اینکه آنها به شرایط مناسب دست یابند، "ما امیدواریم بعضی از کاربردها را تعیین کنیم، یک سکوی سیلیکونی استاندارد را برداریم و آن را درون دستگاه خود قرار دهیم تا کار تمام شود."  سپس نشان دهیم که این دستگاه کوچکتر، سریعتر و ارزان‌تر از راه‌کارهای گذشته است.

"هنوز روشن نیست که این مسأله ممکن باشد یا نه. آیا اجزای مولکولی ما واقعا" برتر است؟ و آیا معایب آن، مزایایش را تحت‌الشعاع قرار خواهدداد؟ راهی برای یافتن جواب وجود ندارد."

ویل هانکوک، یک استادیار مهندسی زیســتـی n State با یک کـلـیـک، ویدئو کلیپی را روی صحنة کامپیوتر رومیزی‌ا‌ش به نمایش می‌گذارد. در یک نمای یکنواخت سیاه‌وسفید، قطارهای کوچکی در خطوط کوتاه راه‌آهن در جهات مختلف می‌خزند؛ محوطه‌ا‌ی شلوغ پر از نانولوکوموتیوها.

هانکوک می‌گوید: "آنچه ما دیدیم، در واقع اکسوپلاسم اعصاب اسکوئید بود. خطوط به نوعی اریب بودند، چون سلول مذکور برای قرارگرفتن در زیر میکروسکوپ فشرده شده‌بود. ولی شما می‌توانید میکرولوله (microtubule) ومحمولة درحال حرکت درآن را ببینید." او توضیح می‌دهد میکرولوله‌ها، لوله‌های توخالی ساخته‌شده از پلیمرهای پروتئینی هستند. "آنها سفت هستند و به شکل‌دادن ساختار کمک می‌کنند. آنها همچنین مسیرهایی هستند که "پروتئینهای موتوری" روی آنها حرکت خواهندکرد."

هانکوک یک کارشناس پروتئینهای موتوری- آنزیمهایی که درون سلولها کار مکانیکی انجام می‌دهند- است. موتورهای ویژه‌ا‌ی که او بررسی کرده‌است، متعلق به خانوادة موسوم به کاینزین‌ها(Kinesins)هستند، که وظیفة نقل‌وانتقالات درون سلول را بر عهده دارند. سلولهای عصبی درازشونده، یکی از نیازهای اساسی این نـوع پروتئین‌ها هستنـد.وی می‌گوید: "بدنـة سلول در یک سمت و سیناپس در سمت دیگر است و اکسون –که دراز و نازک است و با رشته‌های میکرولوله پوشیده شده‌است- آنها را به هم متصل می‌کند. برای سالم‌ماندن برای بقای سیناپس، لازم است مواد تولیدشده درون بدنة سلول از طریق آن به بیرون منتقل شوند. بنابراین سلول این مواد را بسته‌بندی کرده و از این طریق به بیرون منتقل می‌کند. در این مسیر، کانیزین‌ها وظیفة انتقال‌دادن را بر عهده دارند. آنها در طول میکرولوله گام برمی‌دارند تا به مقصدشان برسند."

به گفتة هانکوک در زمینه نحوة دقیق کارکردن آنها هنوز تحقیقات ادامه دارد، ولی دانش فعلی برای ساخت کانیزین‌ها –مثل دیگر موتورهای زیستی که مورد علاقة وافر نانوتکنولوژیست‌هاست- کافی است. اندازة این موتورها – قطر میکرولوله‌ها به حدود 25 نانومتر می‌رسد- آنها را برای استفاده در ابزارهای نانومتری ایده‌آل کرده‌است. هانکوک، که یک عضو مرکز نانوساختن و ابزارهای مولکولی است، به گفتة خودش "به تازگی درحال واردشدن به تحقیقات کاربردی" است. با این وجود، او و مدیر مرکز پل ‌ویس تاکنون تنها درحال بررسی بعضی احتمالات بوده‌اند.

هانکوک می‌گوید: "یک ایده، به افسارکشیدن این موتورها برای به حرکت‌درآوردن یک شیر یا یک پمپ کوچک است." هردوی این دستگاهها در میکروسیالات –یک شاخة تازه به دوران رسیده و نابالغ از نانوبیوتکنولوژی، که دربرگیرندة کنترل سیالات در سیستمهای کوچک می‌شود- مفید واقع می‌شوند. یکی از رؤیاهای بسیار معروف میکروسیالات چیزی موسوم به "آزمایشگاه روی یک تراشه" است، که برای آنالیز یک تک‌سلول، اندازه مناسب و کاملا" کوچکی دارد. ایدة دیگری که دورتر از اینست، نانودستگاهی است که قابل بلع یا تزریق است و می‌تواند به نقاط مشکل‌دار بدن سفر کند –یک نوع مسافرت خیالی- و بیماریها را شناسایی و حتی درمان کند.

مطابق پیش‌بینی هانکوک: "شما ممکن است یک لولة پلاستیکی یا سیلیکونی با یک پیستون کوچک در آن، در اختیار داشته‌باشید. شما می‌توانید پروتئین‌های موتوری را در دوطرف پیستون کار بگذارید، و میکرولوله‌هایی داشته‌باشید که در راستای دیوارة لوله قرار گرفته‌اند. بنابراین موتورها قادر خواهندبود پیستون را بالا و پایین ببرند." توان مصرفی موتورها از مخازن کوچک آدنوزین‌ تری‌فسفات، یا به عبارتی ATP –سوخت مصرفی سلولها برای تولید انرژی- تأمین خواهدشد.

"یا تراشه‌‌ا‌ی با دو مخزن حاوی دو مادة شیمیایی متفاوت و محل اختلاطی در یک گوشه. شما می‌توانید از این موتورها برای باز و بست این شیرها استفاده کنید، تا مشخص کنید چه‌مقدار از هرکدام از مواد شیمیایی بایستی رها شود." موتورهای مولکولی را همچنین می‌توان در یک شکل زیستی از چیدمان خودکار استفاده کرد؛ مقادیر فراوانی از آنها را می‌توان به کار انداخت تا ساختارهای بزرگتری را که از قطعات نانومتری ساده تشکیل شده‌اند، به هم وصل کنند.

به گفتة هانکوک: "شما می‌توانید میکرولوله‌ها را به شکل یک آرایة تعیین‌شده و مشخص روی یک سطح قرار دهید. آنگاه می‌توانید موتورها را به نانوسیم‌ها یا نانوبلورها متصل کنید. این ذرات دارای روکش موتوری به میکرولوله‌ها می‌چسبند و تا انتهای خط می‌روند و سپس می‌ایستند. به این ترتیب، شما آرایش متراکمی از این ذرات را در یک صفحة دو بعدی خواهیدداشت." ؛ یک سطح که می‌تواند خواص مفیدی داشته‌باشد.

هانکوک می‌گوید: "من اکنون در مورد قراردادن این آرایه‌ها درحال صحبت با آنات هاتزور در NanoFab هستم." او پی برده‌است که پیش‌بینی‌هایش خیلی با ثمردهی فاصله دارد. مشابه دیگر موارد نانوساختن، این وعده نیز با "ماشین‌کاری" واقعی فاصله دارد.

او می‌گوید: "افراد هنوز درحال کارکردن برای کنترل‌کردن این موتورها می‌باشند، تا آنها را وادار به انجام آنچه ما می‌خواهیم، کنند. ولی اگر ما مهار آنها را در دست بگیریم، مشخص است که آنها بسیار قدرتمندند."

در مورد NanoFab  مذکور:

استفان فوناش مدیر NanoFabمی‌گوید":هیچ تأسیسات  دیگری با این استعداد در پنسیلوانیا وجود ندارد و فقط تعداد معدودی مثل آن در کشور هستند."

در واقع، NanoFab عضوی از  شبکه ملی کاربران نانوساختن (NUNN) است، که برای پشتیبانی تحقیق و توسعه دانشگاهی و صنعتی در تمام کشور توسط مؤسسة‌ علوم ملی تأسیس شده است . تأسیسات دیگر NUNN در کرنل، استنفورد، دانشگاه هاوارد  و دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا قرار داده شده است.

سال قبل، NanoFab به 200 مشتری خدمت کرد, منجمله پژوهشگرانی از n Stateو دیگر دانشگاه‌ها و از شرکت های پنسیلوانیا و دیگر مناطق کشور.

علاوه بر فعالیتهای پشتیبانی پژوهشNanoFab ,در یک کارمشترک با Commonwealth of nsylvania ، یک برنامة‌ اعطای مدرک دوساله  به محصلین دانشکده‌های انتخاب شده و یک برنامة‌ اعطای گواهی‌نامه برای فارغ‌التحصیلان دانشکده‌های چهارساله تحت حمایت ایالتی دارد.

طبق گفته معاون مدیر مارک هورن،" هیچ برنامة‌ دیگری در کشور به یک تکنیسین دوساله اجازه آموزش  روی یک چنین تجهیزات پیشرفته‍‍ای را نمی دهد. قرار است سعی ‌کنیم تا به دوبرابر این ظرفیت برسیم.





طبقه بندی: ساخت و تولید،  ماشین كاری، 
برچسب ها: ماشینکاری مولکولی،  
نوشته شده در تاریخ چهارشنبه 4 اسفند 1389 توسط محمد محمل زاده
تمامی حقوق این سایت محفوظ است
قالب وبلاگ