تازه‌های شیمی

کنترل واکنش‌ها با هم‌زن مغناطیسی چندمنظوره

برای بسیاری از شیمی‌دانان دشوار است که هنگام هم زدن محلول در آزمایشگاه، خواص محلول و نحوه تغییر آن را بررسی کنند. حسگرهای خارجی که برای نظارت بر واکنش‌های شیمیایی در آزمایشگاه استفاده می‌شوند، اغلب فقط یک شاخص را اندازه‌گیری می‌کنند و ممکن است موجب ورود آلودگی به سامانه شوند، زیرا باید به دیواره ظرف واکنش نفوذ کنند.

در مقاله‌ای که در این زمینه در مجله حسگرهای انجمن شیمی آمریکا¹ چاپ شده است، پژوهشگران دانشکده مهندسی، مؤسسه ریاضیات و WMG در دانشگاه وارویک²، هم‌زن حسگر ابتکاری خود را ارائه داده‌اند.

نیکلای چرکاسوف³، از دانشگاه وارویک، می‌گوید از آنجا که هم‌زن‌های مغناطیسی در همه جا مورد نیاز هستند، وی و همکارانش تصمیم گرفتند تا نوعی هم‌زن تهیه کنند که اطلاعات اضافی را گردآوری کند. این دستگاه کوچک که «هم‌زن هوشمند»⁴ نامیده شده مانند یک میله هم‌زن آزمایشگاهی معمولی عمل می‌کند و دارای یک میکروپردازشگر یکپارچه⁵ و حسگرهای مختلف است. این هم‌زن می‌تواند تغییر خواص یک محلول را به‌صورت خودکار و بی‌سیم گزارش دهد. ‌حسگر پیشرفته این هم‌زن که فقط کمی بزرگ‌تر از هم‌زن مغناطیسی معمولی است، درون یک کپسول چاپی سه‌بعدی قرار دارد.

این گروه دو نسخه از دستگاه را آزمایش کرد: نوع اول گزینه‌ای با قابلیت برنامه‌ریزی آسان برای هدف‌های آموزشی، و نوع پیشرفته‌تر برای کاربردهای آزمایشگاهی و صنعتی. آن‌ها دریافتند که هر دو نسخه به‌طور قابل مقایسه با روش‌های استاندارد برای سنجش دما، رنگ، رسانایی، زمان پاسخ و گرانروی عمل می‌کنند.

بشر حاوی محلول روی صفحه‌ای قرار می‌گیرد که یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می‌کند. هنگامی که هم‌زن مغناطیسی در محلول قرار می‌گیرد، همراه با هم زدن مایع می‌چرخد. نتایج از طریق بلوتوث به رایانه ارسال می‌شود و هرگونه تغییر را به‌صورت بی‌سیم به کاربر اطلاع می‌دهد. ایده استفاده از میله هم‌زن مغناطیسی با حسگرهای یکپارچه ایده تازه‌ای نیست اما این هم‌زن‌حسگر ارزان‌قیمت، با قابلیت برنامه‌ریزی آسان، در نوع خود بی سابقه است.

این مفهوم برای آزمایشگاه‌های تحقیق و طراحی و صنایع تولید داروسازی و شیمی بسیار ارزشمند است زیرا امکان نظارت بی‌سیم از چندین شاخص یک واکنش شیمیایی را به‌صورت هم‌زمان فراهم می‌کند.

دکتر دیمیتری ایساکوف⁶، که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت می‌گوید: «ما همچنان در حال بررسی  هم‌زن هستیم. نمونه بعدی هم‌زن‌حسگر در اندازه کوچک‌تر و همراه با حسگرهای کمی پیچیده‌تر ارائه خواهد شد. ما با شیمی‌دانان دانشگاه وارویک همکاری می‌کنیم تا با آگاهی از نیازهای آن‌ها، دستگاه را بهبود بخشیم.» او می‌افزاید جذابیت هم‌زن هوشمند این است که می‌توان از آن در همه جا از جمله در ظرف‌های درزبندی شده استفاده کرد، در نتیجه آلودگی در محل واکنش‌ به حداقل می‌رسد. ادغام هم‌زن با خانواده وسایل آزمایشگاهی آسان است.

بستر سخت‌افزاری و نرم‌افزاری به‌صورت رایگان و آنلاین در دسترس است و با تغییر شاخص‌های مختلف از نوع حسگر تا میزان نمونه‌گیری، می‌توان دستگاه را تنظیم کرد. دانشمندان در نظر دارند دامنه دمای هم‌زن را از 40 تا 85 درجه سلسیوس گسترش دهند و نمونه‌های اولیه‌ای تولید کند که به ثابت نگه داشتن شرایط واکنش کمک کنند و به آزمایش‌هایی با تکرارپذیری بیشتر بینجامد.

ساموئل بالدوین⁷، از انجمن ریاضیات در دانشگاه وارویک می‌گوید: «من متوجه شدم که هر مرحله از توسعه هم‌زن هوشمند به‌طور کامل بررسی شده است، از طراحی مدار گرفته تا ساخت و برنامه‌نویسی نهایی. ما از فناوری پیشرفته‌ای برای ساخت دستگاهی کم‌مصرف، همراه طیف وسیعی از قابلیت‌های حسگر و ظرفیت بالای پذیرش داده‌ها، به کمک سیستم عامل کم‌انرژی بلوتوث استفاده کرده‌ایم. آزمایشگاه آینده از آنِ تجهیزات خودکار و ایمن با توان تکرارپذیری بالاست.»

1. ACS sensors
2. Warwick
3. Cherkasov, N.
4. smart stirrer,
5. integrated microprocessor,
6. Isakov, D.
7. Baldwin, S.

Novel magnetic stirrer speaks to lab equipment
www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200803105247.htm

کشف یک نیمه‌رسانای پایدار

نیمه‌رساناها مواد مهمی در ساخت بسیاری از وسایل مانند تجهیزات الکترونیکی دیجیتال و آنالوگ، سلول‌های خورشیدی، LED‌ها و لیزرها هستند. آلیاژهای نیمه‌رسانا به‌ویژه برای این کاربردها سودمندند زیرا با تنظیم مقدار اجزای سازنده آلیاژ، می‌توان آن‌ها را با ویژگی‌های دلخواه طراحی کرد. با ‌این‌حال، تهیه آلیاژهای نیمه‌رسانای چندجزئی به‌دلیل تفکیک فاز ترمودینامیکی آلیاژ به فازهای جداگانه، یک چالش بزرگ بوده است. دانشمندان گروه علوم و مهندسی مواد در دانشگاه میشیگان¹، به‌تازگی براساس آلیاژهای کالکوژنید²GeSnPbSSeTe با آنتروپی بالا³، از آنتروپی برای پایدار کردن گروه جدیدی از مواد نیمه‌رسانا استفاده کرده‌اند؛ کشفی که راه را برای قبول و استفاده گسترده‌تر از مواد نیمه‌رسانای پایدارشده با آنتروپی، در کاربردهای عملی آن هموار می‌کند. مقاله این گروه از دانشمندان در مجله شیمی مواد⁴ منتشر شده است.

آنتروپی کمیتی ترمودینامیکی است که میزان بی‌نظمی یا تنوع ساختاری در یک ماده را شرح می دهد. از این مفهوم برای سنتز طیف گسترده‌ای از مواد جدید از راه مخلوط کردن هر یک از اجزا به روش هم‌مول استفاده شده است. از این جمله می‌توان به آلیاژهای فلزی با آنتروپی بالا و سرامیک‌های پایدارشده با آنتروپی اشاره کرد. با وجود آنتالپی بزرگ فرایند اختلاط آن‌ها، این مواد می‌توانند به گونه‌ای شگفت‌انگیز، در ساختار بلوری واحد متبلور شوند. بلوری که چینش اتم‌ها در شبکه آن با افزایش چشمگیر آنتروپی امکان‌پذیر است. دانشمندان فرض کردند که می‌توان از اصل پایداری بر اثر افزایش آنتروپی، برای غلبه بر چالش‌های سنتز آلیاژهای نیمه‌رسانای بهره گرفت که تفکیک شدن به ترکیب‌هایی از دید ترمودینامیکی پایدارتر را ترجیح می‌دهند. آن‌ها فرضیه خود را روی یک آلیاژ کالکوژنید II-VI شش‌جزیی مشتق شده از ساختار PbTe با مخلوط کردنGe ،Sn و Pb در جایگاه کاتیون و S ، Se و Te به‌عنوان آنیون آزمایش کردند.

با استفاده از محاسبات اصول اولیه توان بالا، از اثر متقابل پیچیده بین آنتالپی و آنتروپی در آلیاژهای کالکوژنید GeSnPbSSeTe با آنتروپی بالا پرده‌برداری شد و ثابت شد که افزایش چشمگیر آنتروپی ناشی از پیکربندی اتم‌ها از هر دو زیرشبکه آنیون و کاتیون، موجب پایداری آلیاژها در محلول‌های جامد سنگ - نمک تک‌فاز در دمای رشد بلور می‌شود. با وجود ناپایداری در دمای اتاق، این محلول‌های جامد را می‌توان با خنک کردن سریع در شرایط محیطی نگهداری کرد. سپس سنتز ترکیب هم‌مول (Ge1/3 Sn1/3 Pb1/3 S1/3 Se1/3 Te1/3) به کمک یک واکنش دو مرحله‌ای حالت جامد و در پی آن، فرونشانی سریع در نیتروژن مایع، پیش‌بینی‌های نظری را تأیید کرد.

آنچه باعث ایجاد جذابیت کالکوژنید با آنتروپی بالا می‌شود، ویژگی‌های عملکردی آن است. مواد با آنتروپی بالای قبلی، فلزهای رسانا یا سرامیک‌های نارسانا، با کمبودی واضح در رژیم نیمه‌رسانا بودند. GeSnPbSSeTe هم‌مول، یک نیمه‌رسانای دوقطبی دوپه (ناخالص) شده، با شکاف انرژی eV 0/86 و معکوس علامت ضریب سیبک⁵ اندازه‌گیری شده روی دوپینگ از نوع p با گیرنده‌های سدیم و دوپینگ از نوع n با دهنده‌های بیسموت است. این آلیاژ همچنین رسانایی گرمایی بسیارکمی دارد که تقریباً مستقل از دماست. این ویژگی‌های کاربردی جذاب باعث می‌شود GeSnPbSSeTe، ماده جدید امیدوارکننده‌ای باشد تا در دستگاه‌های الکترونیکی، نوری، فوتوولتاییک و ترموالکتریک جایگزین شود.

پایداری آنتروپی روش کلی و قدرتمند برای تحقق بخشیدن به مجموعه گسترده‌ای از مواد است. کشف پایداری آنتروپی در آلیاژهای کالکوژنید نیمه‌رسانا که نتیجه تلاش گروه پژوهشی دانشگاه میشیگان است، تنها اشاره کوچکی است که می‌تواند راه را برای کاربردهای عملی جدید مواد پایدارشده با آنتروپی هموار کند.

1. Michigan

2. کالکوژن به عنصرهای گروه شانزده جدول دوره‌ای گفته می‌شود که به خانواده اکسیژن نیز معروفند.

3. high-entropy chalcogenide alloys
4. Chemistry of Materials Journal

5. ضریب سیبک به ولتاژ تولید شده بین دو نقطه روی یک رسانا گفته می‌شود، هنگامی که اختلاف دمای یک کلوین بین آن‌ها پایدار بماند.

Scientistsdiscover new class of semiconducting entropy-stabilized materialsphys.org/n

ews/2020-08-scientists-class-semiconducting-entropy-stabilized-materials.html

پارچه‌های جدید و خنک

بنا به اطلاعات وزارت انرژی ایالات‌متحده، تهویه هوا و روش‌های خنک‌کننده فضا حدود 10 درصد از کل مصرف برق در ایالات‌متحده را دربر می‌گیرد. اکنون دانشمندان ماده‌ای  تولید کرده‌اند که بدن فرد را بدون استفاده از برق، خنک می‌کند. این پارچه گرما را منتقل می‌کند به این ترتیب که اجازه تبخیر رطوبت از سطح پوست و دفع آب را می‌دهد.

خنک کردن بدن شخص بسیار کارآمدتر از خنک کردن کل اتاق یا ساختمان است. لباس‌ها و منسوجات متنوعی طراحی شده‌اند که دقیقاً همین کار را انجام می‌دهند اما بیشتر آن‌ها کاستی‌هایی از جمله ظرفیت خنک‌کنندگی پایین، مصرف برق زیاد، تولید پیچیده و زمان‌بر و هزینه بالا دارند. یانگ سی¹ و بن دینگ² قصد داشتند پارچه‌هایی تولید کنند که بتوانند به‌طور مؤثر گرما را از بدن دور کنند، تنفس کنند، دافع آب باشند و به آسانی تهیه شوند.

پژوهشگران این ماده جدید را به روش الکتروریسندگی³ (ریسندگی الکتریکی) مخلوطی از یک پلیمر آبگریز یعنی پلی‌اورتان‌فلوئوردار و نانو صفحه‌های بورنیترید به‌عنوان یک پرکننده رسانای گرمایی، به‌صورت غشاهای نانوالیاف تهیه کردند. این غشاها آب را از بیرون دفع می‌کنند اما حفره‌های چنان بزرگی دارند که اجازه می‌دهند عرق از پوست تبخیر شود و هوا گردش داشته باشد. نانوصفحه‌های بور‌نیترید، نانوالیاف پلیمر را می‌پوشانند و شبکه‌ای تشکیل می‌دهند که گرما را از یک منبع داخلی به بیرون منتقل کند. رسانایی گرمایی این پارچه جدید، از بسیاری پارچه‌های معمولی یا پارچه‌های تولید شده با فناوری پیشرفته بیشتر است. دانشمندان می‌گویند این غشا نه‌تنها برای خنک‌کننده‌های شخصی بلکه برای جمع‌آوری انرژی خورشیدی، نمک‌زدایی از آب دریا و مدیریت گرمایی دستگاه‌های الکترونیکی سودمند است.

1. Si, Y.
2. Ding, B.
3. electrospinning

New fabric could help keep you cool in the summer, even without A/C
phys.org/news/2020-07-fabric-cool-summer-ac.html

آنچه موها از رژیم غذایی می‌دانند

موهای شما رژیم غذایی شما را ثبت می‌کنند. رشته‌های مو از آمینواسیدهایی ساخته شده‌اند که از مواد غذایی شما تأمین می‌شوند. پس مو می‌تواند نشان دهد شما کدام را ترجیح می‌دهید: همبرگر گیاهی یا چیزبرگر دوبل را؟

بنا به مطالعه‌ دانشمندان دانشگاه یوتا¹ این سابقه، تفاوت در رژیم غذایی را با توجه به وضعیت اجتماعی ـ اقتصادی نشان می‌دهد. در مناطق با وضعیت اجتماعی ـ اقتصادی پایین‌تر، سهم بیشتری از پروتئین مربوط به حیواناتی وجود دارد که از ذرت تغذیه می‌کنند. این کار روشی برای ارزیابی رژیم غذایی جامعه و خطرات سلامتی است.

جیم الرینگر²، از دانشکده علوم زیستی می‌گوید: «این اطلاعات می‌تواند برای تعیین نوع رژیم‌های غذایی سودمند باشد که با نظرسنجی‌ها قادر به ثبت آن نیستند. ما امیدواریم که جامعه سالم با استفاده از نقشه‌برداری ایزوتوپ مو، به‌ویژه در گروه‌های مختلف اقتصادی در ایالات‌متحده، شروع به ارزیابی الگوهای رژیم غذایی کند.»

در اوایل دهه 1990 الرینگر به همراه دنیز دیرینگ³ و توره سرلینگ⁴ و همکارانشان در پی راه‌هایی برای نشان دادن اثر رژیم‌های غذایی بر موی پستانداران بودند. منابع غذایی مختلف دارای نسبت‌های مختلف ایزوتوپ‌های پایدار هستند. با تجزیه مواد غذایی به آمینواسیدها، ایزوتوپ‌های موجود در مواد غذایی ما، ایزوتوپ‌های کربن و نیتروژن، به تمام بخش‌های بدن، از جمله موهای ما راه می‌یابند.

آب که در آن، نسبت‌های اکسیژن و ایزوتوپ‌ها، بسته به هر منطقه جغرافیایی، متفاوت است، به همین روش عمل می‌کند. بنابراین در سال 2008، الرینگر و سرلینگ نتایجی منتشر کردند که نشان می‌داد با توجه به ایزوتوپ‌های موجود در آب آشامیدنی و از روی ترکیب ایزوتوپی مو می‌توان سفرهای شخص را ردیابی کرد. پس از آن دانشمندان به جست‌وجوی اطلاعاتی از ایزوتوپ‌های کربن و نیتروژن در مو پرداختند.

ذرت در گروهی از گیاهان به نام گیاهان C4 قرار دارد که شامل نیشکر است و به روشی متفاوت از گیاهان C3- شامل حبوبات و سبزیجات ـ فوتوسنتز می‌کند. بنابراین اگر منبع پروتئین‌های حیوانی شما جانورانی باشند که از ذرت تغذیه ‌کرده‌اند، نسبت‌های ایزوتوپی آمینواسیدهای موهای شما بیشتر شبیه به ذرت است. اگر پروتئین شما بیشتر از منابع گیاهی یا حیواناتی باشد که از گیاهان C3 تغذیه کرده‌اند، علامت مشخص ایزوتوپ‌های موهای شما بیشتر شبیه گیاهان C3 خواهد بود.

از آنجا که این مطالعه در مورد کاربردها بود، دانشمندان برای آن به نمونه‌های مو نیاز داشتند. بنابراین برای جمع‌آوری نمونه‌ها از 65 شهر در سراسر ایالات‌متحده، به آرایشگاه‌ها رفتند. آن‌ها نمونه‌هایی از 29 کدپستی را در منطقه‌ای به نام دره سالت‌لِیک  نیز جمع‌آوری کردند تا به‌طور عملی یک منطقه شهری را هم مطالعه کنند. در این روش نمونه‌برداری، سن فرد، جنسیت، درآمد، وضعیت سلامتی یا هر عامل دیگری به جز سابقه ایزوتوپی مشخص نبود. در کل، آن‌ها نمونه‌هایی را از حدود 700 نفر جمع‌آوری کردند.

نتایج نشان‌ داد که چه در سطح محلی و چه ملی، تغییرات در نسبت ایزوتوپ مو در یک محدوده به نسبت باریک قرار دارد. دانشمندان دریافتند که در این تغییر، مقادیر ایزوتوپ کربن با هزینه زندگی در مناطقی که نمونه‌ها از آنجا جمع‌آوری شده بود ارتباط دارد. مطالعات قبلی مقادیر ایزوتوپ مورد انتظار را از دو انتهای طیف رژیم غذایی، از گیاهخواران گرفته تا همه‌چیزخوارانی که اغلب از گوشت استفاده می‌کنند ارائه می‌دهد.

نمونه‌های جمع‌آوری شده از منطقه دره سالت‌لِیک، فرصتی را برای بررسی دقیق‌تر عوامل ایجاد تغییرات ایزوتوپی فراهم کرد. با کمال‌شگفتی، ایزوتوپ‌های کربنی موجود در مو با قیمت مدل مو در محل نمونه‌گیری ارتباط داشت. کسی تصور نمی‌کرد بتوان با دانستن مقادیر ایزوتوپ، متوسط هزینه‌ای را تخمین زد که فرد برای مدل موی خود پرداخت کرده است.

دانشمندان با نگاهی به رژیم غذایی، علامت ایزوتوپ شبیه ذرت را بیشتر در مناطق با وضعیت اجتماعی ـ اقتصادی پایین پیدا کردند و اینکه به‌طور ‌عمده گوشت‌خواران موجود در این نمونه‌ها، پروتئین خود را از حیواناتی دریافت کرده‌اند که به احتمال بالا با دانه‌های ذرت تغذیه شده‌اند. آن‌ها یک قدم هم جلوتر رفتند و با استفاده از داده‌های روند تغییر شاخص توده بدنی برای مناطق خاص، متوجه شدند که نسبت ایزوتوپی به میزان چاقی هم بستگی دارد. دانشمندان بر این باورند که این یافته‌ها ارتباط بالقوه میان رژیم غذایی، وضعیت اجتماعی ـ اقتصادی و سلامتی افراد برقرار می‌کند.

الرینگر می‌گوید آنالیز ایزوتوپی مو می‌تواند ابزاری برای ارزیابی خطر سلامتی در جامعه باشد. به‌عنوان اقدامی بلندمدت می‌توان از این سنجش برای پی بردن به گوناگونی رژیم غذایی بهره گرفت که در میان گروه‌های سنی مختلف و گروه‌های مختلف اجتماعی ـ ‌اقتصادی رایج است.

1. Utah
2. Ehleringer, J.
3. Dearing, D.
4. Cerling, T.
5. Salt Lake Valley

Your hair knows what you eat and how much your haircut costs
phys.org/news/2020-08-hair-haircut.html

کاتالیزگری ارزان و تبدیل آب دریا به سوخت

برای نخستین بار، مهندسان شیمی دانشگاه روچستر¹ توانایی کاتالیزگری تقویت شده با پتاسیم را برای استفاده در مقیاس صنعتی نشان داده‌اند.

مهندسان شیمی دانشگاه روچستر، با همکاری پژوهشگران آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی، دانشگاه پیتسبورگ² و شرکت «اکسِ‌ئون انرژی»³، نشان داده‌اند که یک کاتالیزگر مولیبدن‌کاربید تقویت شده با پتاسیم به‌طور مؤثر و قابل‌اعتماد، کربن‌دی‌اکسید را به کربن‌مونوکسید تبدیل می‌کند؛ مرحله‌ای که گامی مهم در تبدیل آب دریا به سوخت است.

مارک پوروسوف⁴، استادیار گروه مهندسی شیمی روچستر می‌گوید این نخستین نمایش از کارایی این نوع کاتالیزگر مولیبدن‌کاربید در مقیاس صنعتی است. در مقاله‌ای در مجله علوم انرژی و محیط‌زیست⁵، پژوهشگران مجموعه کاملی از آزمایش‌ها در مقیاس‌های مولکولی، آزمایشگاهی و پایلوت انجام داده‌اند. این آزمایش‌ها مناسب بودن کاتالیزگر را برای استفاده در مقیاس صنعتی نشان می‌دهند.

اگر کشتی‌های نیروی دریایی بتوانند سوخت خود را از آب دریایی که در آن هستند، تولید کنند می‌توانند بدون توقف به مسیر و کار خود ادامه دهند. به جز چند ناو هواپیمابر و زیردریایی‌ هسته‌ای، بیشتر کشتی‌های نیروی دریایی باید به‌طور دوره‌ای کنار کشتی‌های نفتکش پهلو بگیرند تا سوخت مورد نیاز خود را دوباره تأمین کنند و این، در شرایط آب و هوایی طوفانی می‌تواند بسیار دشوار باشد.

در سال 2014، گروهی از آزمایشگاه نیروی دریایی به سرپرستی هدر ویلوئر⁶ اعلام کرد که از یک مُبدل کاتالیزگر برای استخراج کربن‌دی‌اکسید و هیدروژن از آب دریا استفاده و سپس گازها را با کارایی 92درصد به هیدروکربن‌های مایع تبدیل کرده است. از آن زمان، تمرکزها بر افزایش بهره‌وری فرایند و مقیاس برای تولید سوخت در مقادیر کافی بوده است.

این فناوری گامی کلیدی در فرایند تبدیل آب دریا به سوخت است: کربن‌دی‌اکسیدی که از آب دریا استخراج می‌شود، به‌سختی با روش‌های موجود به‌طور مستقیم به هیدروکربن‌های مایع تبدیل می‌شود. بنابراین، در آغاز لازم است کربن‌دی‌اکسید با استفاده از واکنش تغییر آب ـ گاز معکوس⁷ (RWGS)، به کربن‌مونوکسید تبدیل شود. سپس کربن‌مونوکسید را می‌توان با سنتز فیشر - تروپش⁸ به هیدروکربن‌های مایع تبدیل کرد.

به‌طور معمول، کاتالیزگرهای مورد استفاده در RWGS  فلزهای گرانبهایی را دربر می‌گیرد که به ‌سرعت در شرایط واکنش غیرفعال می‌شوند. با این‌حال، کاتالیزگر مولیبدن‌کاربید اصلاح شده با پتاسیم از اجزای کم‌هزینه سنتز شده است که در جریان کار مداوم در مطالعه مقدماتی پایلوت 10 روزه، هیچ نشانه‌ای از غیرفعال ‌شدن نشان نداد.

پوروسوف کشف کرد که افزودن پتاسیم به یک کاتالیزگر مولیبدن‌کاربید که بر سطحی از گاما‌آلومینا قرار دارد می‌تواند به‌عنوان کاتالیزگری ارزان، پایدار و بسیار گزینش‌پذیر برای تبدیل کربن‌دی‌اکسید به کربن مونوکسید در طول RWGS عمل کند.

پوروسوف می‌گوید پتاسیم سد انرژی مربوط به واکنش RWGS را کاهش می‌دهد، در‌حالی‌که گاما‌آلومینا، با شیارها و حفره‌هایی که دارد، دقیقاً مانند یک اسفنج عمل می‌کند و ذره‌های کاتالیزگر مولیبدن‌کاربید در سراسر آن پراکنده می‌شوند و مساحت سطح موجود برای واکنش را به حداکثر می‌رسانند.

برای تعیین اینکه آیا مولیبدن‌کاربید تقویت شده با پتاسیم ممکن است برای جذب و تبدیل کربن‌دی‌اکسید از نیروگاه‌ها نیز سودمند باشد، این گروه آزمایش‌های بیشتری در بررسی پایداری کاتالیزگر، هنگام رویارویی با آلاینده‌های رایج موجود در گاز دودکش از جمله جیوه، گوگرد، کادمیم و کلر انجام خواهد داد.

این راکتور در شرکت «اوکسِ‌ئون انرژی» برای تأیید اثربخشی کاتالیزگر مولیبدن‌کاربید تقویت شده با پتاسیم در مقیاس صنعتی استفاده شد.

1. Rochester
2. Pittsburgh
3. Oxeon Energy
4. Porosoff, M.
5. Energy and Environmental Science
6. Willauer, H.
7. Reverse Water-Gas Shift (RWGS) reaction
8. Fischer-Tropsch synthesis

Turning Seawater into Fuel with a Low-Cost Catalyst
scitechdaily.com/turning-seawater-into-fuel-with-a-low-cost-catalyst/

نقش آهن در فعالیت سلول‌های سرطانی

پژوهشگران به‌تازگی نشان داده‌اند که سلول‌های سرطانی از نوعی پروتئین غشایی استفاده می‌کنند که چند دهه است برای وارد سلول کردنِ آهن، سودمند شناخته شده بود. این اثر نشان می‌دهد که آهن جذب شده، به سلول‌های سرطانی اجازه می‌دهد خصوصیات متاستازی یا فراپخشی را به‌دست آورند.

زیست‌شناسان CD44 را به خوبی می‌شناختند اما از عملکرد اصلی زیست‌شناختی آن آگاهی نداشتند. CD44 یک گلیکوپروتئین است که در سطح بسیاری از سلول‌ها، در اندام‌های مختلف یافت می‌شود و در چند فرایند زیست‌شناختی از جمله پاسخ ایمنی، التهاب و سرطان نیز دخالت دارد. برای نخستین بار، یک گروه پژوهشی نشان داده است که CD44 از راه اندوسیتوز¹ به آهن اجازه می‌دهد به سلول‌ها وارد شود و در این پدیده‌ها شرکت ‌کند.

دانشمندان با بررسی فعالیت CD44 در سلول‌های سرطانی و تغییرات ناشی از آن در سوخت‌وساز و بیان ژنی به این نتیجه رسیدند کهCD44 می‌تواند آهن متصل به هیالورونیک‌اسید² را درونی کند (به درون سلول وارد کند). آهن در سلول‌های سرطانی دو وظیفه دارد: میتوکندری را آماده می‌کند تا بتواند متابولیت‌های لازم برای انتقال سلول به حالت متاستاتیک را تولید کند و دیگر اینکه ژن‌های خاصی را فعال کند که برای فرایند متاستاتیک ضروری هستند. در این حالت، CD44 حتی به اصلی‌ترین مسیر ورود آهن به سلول تبدیل می‌شود.

این مشاهده‌ها توضیح می‌دهد که چرا پیش از این CD44 به دلیل ارتباط آن با ظهور متاستازها و شدت گرفتن بیماری شناخته شده بود و در عین حال تعجب‌آور است زیرا تاکنون زیست‌شناسان تصور می‌کردند سازوکار متفاوتی در اندوسیتوز آهن وجود دارد که شامل ترانسفرین و گیرنده TfR1 آن است. این گروه امیدوار است مولکول‌هایی تولید کند که بتوانند تبادل آهن سلولی را مسدود کنند تا سلول‌هایی که دارای توانایی متاستاز بالا هستند را از بین ببرند.

1. endocytosis
2. hyaluronic acid

Iron-mediated cancer cell activity: A new regulation mechanism
https://phys.org/news/2020-08-iron-mediated-cancer-cell-mechanism.html

ایمنی در استخر با یک تراشه حسگر جدید

میکروتراشه جدید که امکان کنترل مداوم pH و کلر در استخرها را فراهم می‌کند، ایمنی و بهداشت آب را برای بیش از 2/7 میلیون استرالیایی بهبود می‌بخشد. بنابر پژوهش‌های جدید این میکروتراشه می‌تواند اطلاعات شیمی استخر را برای مدیریت، به‌طور ثابت و دقیق رصد و ثبت کند.

فناوری جدید «آزمایشگاه روی یک تراشه»¹، نظارت بر استخرها را مقرون به‌صرفه‌تر و مطمئن‌تر کرده است.

کریگ پریش² از دانشگاه استرالیای‌جنوبی و کارشناس تولید میکرونانو، می‌گوید: تراشه میکروسیال می‌تواند افزونه‌ای ضروری برای استخرهای استرالیا باشد، به‌ویژه در شرایط همه‌گیری COVID-19 که مردم باید از بهداشت استخر آگاه شوند. آگاهی از ترکیب شیمیایی استخر، شناگران را از ویروس‌ها و باکتری‌ها در امان نگه می‌دارد اما فراهم کردن آن به تلاش خیلی بیشتری نیاز دارد.

با داشتن یک حسگرِ کیفیت آب که پیوسته، خودکار و با ضریب اطمینان بالا می تواند کلر و pH را در تمام تابستان بسنجد، بسیار آسان‌تر می‌توان استخر خانگی را مدیریت کرد. این حسگر در اصل یک «آزمایشگاه روی یک تراشه» است؛ شبکه‌ای از لوله‌های میکروسکوپی روی یک تراشه به اندازه یک کارت اعتباری. این تراشه به‌سرعت و به‌طور مداوم و بدون نیاز به ترک استخر می‌تواند تمام کارهای آزمایشگاه شیمی را با استفاده از مقادیر اندکی مواد شیمیایی انجام ‌دهد.

این فناوری وظیفه دشوار آزمایش دستی استخرها را برای صاحبان استخر حذف می‌کند و استفاده بیش از حد مواد شیمیایی را کاهش می‌دهد. در نتیجه،  باعث صرفه‌جویی در وقت و هزینه می‌شود و از همه مهم‌تر، از خطر ابتلا به عفونت ناشی از ترکیب شیمیایی نامناسب استخر نیز می‌کاهد.

در استرالیا 2/7 میلیون نفر، یعنی حدود 13 درصد جمعیت، در خانه‌های استخردار زندگی می‌کنند. سامانه‌های فعلی کنترل آب استخر، که شامل حسگرهای بی‌سیم با سخت‌افزار گران‌قیمت یا کیت‌های آزمایش دستی دقیق هستند، برای نظارت بر ایمنی مواد شیمیایی موجود در استخرها استفاده می‌شوند.

به گفته پریش، بسیاری از نمونه‌های استخرهای خانگی در انجام آزمایش‌های دستی ایرادهایی دارند؛ نارسایی‌هایی که با دادن اطلاعات نادرست درباره ترکیب شیمیایی استخر، می‌تواند آن را برای شناگران به سرعت ناامن کند.

در این پژوهش، نمونه‌هایی از 12 استخر شنا شامل 9 استخر خانگی، دو استخر عمومی و یک استخر عمومی در فضای باز، با اندازه‌گیری در چند نوبت، بررسی شدند. هر نمونه وضعیت محیط خاص خود را داشت: استفاده چندباره، روش‌های مختلف کلرزنی و ... که حسگر را با چالش‌هایی واقعی روبه‌رو می‌کرد.

مصرف بیش از حد کلر باعث ایجاد عوارض جانبی سلامتی روی پوست، چشم‌ها و دستگاه ایمنی بدن می‌شود، در‌حالی‌که مصرف کم آن، خطر ایجاد عفونت را برای شناگران افزایش می‌دهد.

استفن تورنتون³ همکار این طرح می‌گوید: «این میکروتراشه دارای توانایی گسترده‌ای برای استفاده در استخرهای خصوصی و عمومی است. هم‌اکنون نیاز به سالم ماندن برای همه ما مهم است و در‌حالی‌که ما به‌طور کلی در حیاط خلوت خود احساس امنیت می‌کنیم، باید به یاد داشته باشیم که برای اطمینان از ایمنی آب، تمام استخرهای شنا باید به‌طور دقیق و کارآمد کنترل شوند. ما توانسته‌ایم فراورده‌ای تولید کنیم که نیازهای بازار را برآورده، و سلامت و ایمنی عمومی را نیز تضمین کند.»

این گروه در مراحل پایانی صنعتی‌سازی میکروتراشه است و امیدوار است به‌زودی آن را به بازار عرضه کند.

1. Lab-on-a-chip.
2. Priest, C.
3. Thornton, S.

Keep cool in the pool: Novel chip sensor makes swimming pools safer
www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200730141355.htm