یی كویی و همكارانش در دانشگاه استانفورد برای ساخت یك كاتد باتری لیتیومی قابل شارژ عالی از نانوالیاف حفره‌دار روكش داده شده با گوگرد و یك افزودنی الكترولیتی استفاده كرده‌اند. طبق گفته این محققان، استفاده از آندهای نانوسیم سیلیكونی و كاتدهای كربن روكش داده شده با گوگرد در یك باتری می‌تواند منجر به نسل جدیدی از باتری‌ها شود.

كویی گفت: "گوگرد ماده‌ای است كه می‌تواند ظرفیت ذخیره بار را 10 برابر كند، اما ولتاژ آن حدود نصف ولتاژ باتری‌های موجود می‌باشد." هم ولتاژ و هم ظرفیت بار الكتریكی، مقدار انرژی كه یك باتری می‌تواند تحویل دهد، را تحت تاثیر قرار می‌دهند.


باتری‌های گوگرد – لیتیوم بدلیل هزینه كم و عدم سمیت گوگرد، توجه زیادی به خود جلب كرده‌اند. با این حال، تولیدهای قبلیِ كاتدهای گوگردی لیتیوم قابلیت تجاری شدن را نداشته‌اند، زیرا عملكرد آنها بعد از تكرار چرخه شارژ و تخلیه شدن به سرعت ضعیف می‌شود. روش ساخت جدید این محققان بعضی از مشكل‌های مربوط به بكارگیری این ماده در كاتد یك باتری بادوام، را برطرف می‌كند.

در كاتدهای گوگرد – لیتیوم قبلی ساخته شده، گوگرد روی ساختارهای كربن نسبتا باز روكش‌دهی می‌شد و این بدلیل اینكه گوگرد را در معرض محلول الكترولیت باتری قرار می‌داد، مشكل‌ساز بود. موقعی كه محصولات میانی واكنش بنام پلی‌سولفیدهای لیتیوم با محلول الكترولیت در تماس باشند، با انحلال در الكترولیت ظرفیت باتری را كاهش می‌دهند.


اكنون این محققان در فرآیند ساخت بی‌نظیر خود با روكش‌دهی گوگرد روی سطح داخلی نانوالیاف كربنی حفره‌دار، این مشكل را حل كرده‌اند. این فرآیند ساخت بر بكارگیری یك فناوری فیلتر قابل‌دسترسی از نظر تجاری كه بطور نرمال برای فیلتراسیون آب استفاده می‌شود، متكی است.

این كاتد جدید ظرفیت باتری را نیز بهبود می‌دهد، زیرا ساختار نسبتا بسته‌ای دارد كه از نشت قابل‌توجه پلی‌سولفیدها به داخل محلول الكترولیت جلوگیری می‌كند. بعلاوه این محققان برای بهبود بهره ذخیره انرژی باتری ساخته شده با این روش، از افزودنی الكترولیتی استفاده كردند كه راندمان انرژی و بار باتری معروف به راندمان كولنی را تقویت می‌كند.

كویی گفت: "اگر شما 100 الكترون به این باتری تزریق كنید، بدون این افزودنی 85 الكترون خروجی بدست می‌آورید و با این افزودنی 99 الكترون خروجی خواهید داشت."

این محققان جزئیات نتایج كار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر كرده‌اند.

محققان نوع جدیدی از حافظه رایانه‌ای ساخته‌اند كه می‌تواند از حافظه‌های تجاری موجود سریع‌تر باشد و از افزاره‌های حافظه فلش توان كمتری مصرف كند. در این فناوری نانوسیم‌های سیلیكونی با یك پلیمر فروالكتریك تركیب شده و ماده‌ای ساخته می‌شود كه در نتیجه اعمال یك میدان الكتریكی به آن قطبیتش تغییر می‌كند و این ویژگی ساخت نوع جدیدی از ترانزیستور فروالكتریك را ممكن می‌سازد.

قطبش قابل تغییر این ترانزیستور فروالكتریك بعنوان صفر یا یك خوانده می‌شود. این فناوری حافظه با دسترسی تصادفی ترانزیستور فروالكتریك یا به اختصار FeTRAM نامیده می‌شود.

 

دیاگرامی كه پیكربندی این نوع حافظه رایانه‌ای را نشان می‌دهد.

در حافظه FeTRAM‌ ذخیره اطلاعات بصورت غیرفرار است؛ بدین معنی كه بعد از خاموش كردن كامپیوتر نیز اطلاعات در این حافظه باقی می‌مانند. این افزاره بطور بالقوه 99 درصد كمتر از حافظه فلش انرژی مصرف می‌كند. حافظه فلش یك تراشه ذخیره رایانه‌ای غیرفرار و عمده‌ترین نوع حافظه موجود در بازار است. ساپتارشی داس، در دانشگاه پردو و یكی از این محققان، گفت: "در حال حاضر این افزاره توان بیشتری مصرف می‌كند، زیرا هنوز بطور مناسب افزایش مقیاس داده نشده است."

حافظه FeTRAM سه تابع اساسی از حافظه رایانه‌ای را انجام می‌دهد: خواندن و نوشتن اطلاعات و نگه‌داری آنها برای مدت زمان طولانی.

داس گفت: "شما نیاز به نگه‌داری حافظه برای طولانی‌ترین زمان ممكن، 10 تا 20 سال، دارید و باید قادر به خواندن و نوشتن اطلاعات برای بیشترین دفعات ممكن باشید. همچنین لپ‌تاپ شما برای اینكه زیاد گرم نشود، باید توان كمی مصرف كند."

این فناوری جدید همچنین با فرآیندهای ساخت صنعتی برای نیمه‌رساناهای اكسید فلزی تكمیلی (CMOS)، استفاده شده برای تولید تراشه‌های رایانه‌ای، سازگار است. این حافظه برای اینكه جایگزین سیستم‌های حافظه مرسوم شود، توان بالقوه‌ای دارد.

حافظه FeTRAM مشابه با حافظه با دسترسی تصادفی فروالكتریك مدرن (FeRAM) است. حافظه FeRAM‌ بصورت تجاری استفاده می‌شود، اما قسمت نسبتا كوچكی از كل بازار نیمه‌رسانا را به خود اختصاص داده است. هر دوی این حافظه‌ها برای ذخیره اطلاعات به شكل غیرفرار از مواد فروالكتریك استفاده می‌كنند، اما فناوری جدید برخلاف FeRAM، امكان بازخواندن غیرمخرب را ممكن می‌سازد و این بدین معنی است كه اطلاعات را می‌توان بدون از دست رفتن خواند.

این بازخواندن غیرمخرب بوسیله ذخیره اطلاعات با استفاده از یك ترانزیستور فروالكتریك در عوض یك خازن كه در حافظه FeRAM استفاده می‌شود، امكان‌پذیر است.

این محققان جزئیات نتایج كار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر كرده‌اند.

طبق گفته محققان مركز ایندیرا گاندی در هند، می‌توان نانوسیال‌های مشخصی ساخت كه هنگام اعمال یك میدان مغناطیسی به آنها، گرما را بسیار عالی هدایت می‌كنند. این پدیده را می‌توان برای خنك كردن افزاره‌‌های بسیار كوچك مانند میكرو و نانوسیستم‌های الكترومكانیكی و تراشه‌های رایانه‌ای استفاده كرد.

نانوسیال مطالعه شده بوسیله این محققان سوسپانسیون كلوئیدی از نانوذرات سوپرپارامغناطیسی Fe₃O₄ تك‌دامنه است كه اندازه‌ای بین 3 و 10 نانومتر دارند و از نظر مغناطیسی قابل قطبی شدن هستند، بطوری كه به یك میدان مغناطیسی ضعیف نیز پاسخ می‌دهند. این نانوذرات برای اینكه كلوخه نشوند، با تك‌لایه‌ای از مولكول‌های فعال سطحی (اسید اولئیك) روكش‌دهی شدند.

منحنی وزن‌سنجی حرارتی نانوذرات Fe₃O₄ روكش داده شده با اسید اولئیك؛ شكل‌های كوچك (a) طرح شماتیكی از این نانوذرات، (b)‌ تصویر HRTEM از این نانوذرات، و (c) منحنی مغناطیس‌پذیری نانوذرات Fe₃O₄.

در غیاب یك میدان مغناطیسی، ممان‌های مغناطیسی این نانوذرات در جهت‌های تصادفی قرار می‌گیرند. هنگام اعمال یك میدان مغناطیسی، این نانوذرات در جهت میدان هم‌راستا می‌شوند و انرژی برهم‌كنش دوقطبی مغناطیسی بین این ذرات بر انرژی گرمایی آنها غلبه می‌كند. این انرژی برهم‌كنش دوقطبی به فاصله بین ذرات مجاور و جهت متقابل‌شان بستگی دارد.

جون فیلیپ، رهبر این گروه تحقیقاتی، می‌گوید كه به محض اینكه این برهم‌كنش دوقطبی بقدر كافی قوی شد، این ذرات مغناطیسی یك ساختار شبه زنجیره‌ای تشكیل داده و در جهت میدان مغناطیسی اعمال شده به خط می‌شود. بنابراین ضریب هدایت گرمایی این نانوسیال افزایش می‌یابد، زیرا گرما می‌تواند بطور بسیار موثری در طول این زنجیر جریان یابد.

افزایش ضریب هدایت گرمایی در این نانوسیال بی‌نهایت بالا است (چندین صد برابر ضریب هدایت نانوسیال‌های مرسوم). نكته مهم دیگر این است كه این افزایش بطور كامل برگشت‌پذیر است و با اعمال میدان مغناطیسی یا موازی با جهت زنجیرهای ذره‌ای و یا عمود بر آنها، از مقادیر بالا تا پایین قابل تنظیم است. فیلیپ بیان می‌كند كه این ویژگی‌ها بدین معنا است كه این نانوسیال می‌تواند برای استفاده بعنوان خنك‌كننده هوشمند ایده‌آل باشد.

فیلیپ توضیح می‌دهد: "بسته به بار گرمایی این سیال، شما می‌توانید برای رسیدن به توان خنك‌كنندگی بالاتر به سادگی شدت میدان مغناطیسی را تنظیم كنید. برای این كار نیاز به یك مدار كنترل پسخورد در افزاره‌ای دارید كه بطور خودكار شدت میدان مغناطیسی را بسته به توان خنك‌كنندگی مورد نیاز تشخیص و تغییر می‌دهد."

این محققان جزئیات نتایج كار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی The Journal of Physical Chemistry C منتشر كرده‌اند.

محققان دانشگاه بوفالو از نانوذرات مغناطیسی برای کنترل از راه دور کانال‌های یونی، نورون‌های کشت شده و حتی حرکت کرم‌های کوچک استفاده کرده‌اند. کمک‌هزینه 3/1 میلیون‌دلاری که از طرف موسسه ملی سلامت مغزی (NIMH) به این گروه تخصیص داده شده است، به آنها کمک خواهد کرد تا روش خود را روی مغز موش‌ها آزمایش کنند.

اگر این روش موفقیت‌آمیز باشد، ابزار قدرتمندی در اختیار دانشمندان حوزه مغز و اعصاب قرار داده خواهد شد: روشی غیرمخرب برای تحریک آغاز یک فعالیت از اعماق مغز.

این نوع تحریک عصبی به شکل از راه دور به دانشمندان کمک خواهد کرد تا چگونگی کنترل رفتار موجودات توسط مدارات پیچیده نورونی مغز را درک کرده و در نهایت درمان‌های بهتری برای مشکلات مغزی و عصبی همچون پارکینسون ارائه کنند.

آرند پراله، استادیار فیزیک دانشگاه بوفالو می‌گوید: «درک اولیه ما از نواحی فعال مغز از بیمارانی به‌دست آمده است که رفتار آنها پس از از دست دادن بخشی از مغز خود به‌دلیل وجود تومور یا آسیب‌های شدید مغزی، عوض شده است. حال توانایی فعال و غیرفعال کردن برگشت‌پذیر تک‌تک سلول‌ها و مشاهده تغییر رفتار یک حیوان در اثر این کار ما را به درک واقعی مدارات عصبی نزدیک‌تر کرده است که بسیار هیجان‌انگیز است».

اهدای کمک‌هزینه جدید NIMH به گروه پراله شاهدی بر نویدبخش بودن روش آنهاست.

او و همکارانش تاکنون توانسته‌اند از راه دور کانال‌های یون کلسیم را باز کرده، نورون‌ها را در یک کشت سلولی فعال نموده و حتی رفتار C. elegans را که یک کرم کوچک است، دستکاری نمایند.

در این روش از نانوذرات مغناطیسی گرم شده به‌همراه مهندسی ژنتیک بسیار هوشمند استفاده می‌شود.

ابتدا دانشمندان از یک سری ویروس‌های بی‌خطر برای انتقال رشته خاصی از DNA به‌درون مغز بهره می‌برند. این ماده ژنتیکی جدید سلول‌های هدف را وادار به ساخت کانال‌های یونی ویژه‌ای می‌کند که دارای گیرنده‌های مخصوصی هستند که توسط نانوذرات مغناطیسی شناسایی می‌شوند.

زمانی که این نانوذرات به کانال‌های یونی متصل شدند، محققان یک میدان مغناطیسی متغیر را به مغز اعمال می‌کنند که موجب تغییر متناوب مغناطیس نانوذرات و تولید حرارت می‌شود. این حرارت موجب باز شدن کانال‌های یونی، غیرقطبی شدن نورون‌ها و فعال شدن آنها می‌شود.

با بودجه جدیدی که به این کار اختصاص داده شده است، پارله و گروهش می‌خواهند این روش را روی نورون‌های پیاز بویایی آزمایش کنند؛ پیاز بویایی بخش جلویی مغز است که چگونگی درک بو توسط حیوانات را کنترل می‌کند.

یك قطره آب می‌تواند برای مدارهای الكترونیكی بسیار مضر باشد. برای جلوگیری از آسیب‌های ناشی از خیس شدن، افزاره‌های الكترونیكی كنونی با پلیمرهای اثرناپذیر به خوبی محافظت می‌شوند. اكنون محققان در كره جنوبی یك قدم جلوتر رفته‌اند و با استفاده از نانومیله‌های (NRs) اكسید روی نانوافزاره‌ی الكترونیكی ساخته‌اند كه خودش نم‌ناپذیر است. آنها در این افزاره الكترونیكی كه یك ترانزیستور فیلم نازك است، اجزاء ابرآب‌گریز را یكپارچه كرده‌اند.


كیجونگ یانگ، از دانشگاه علم و فناوری پوهانگ و یكی از این محققان، می‌گوید: "كار ما ابرآب‌گیریزی را با افزاره‌های الكترونیكی بویژه افزاره‌های حافظه سویچینگ مقاومتی، تركیب می‌كند. اگرچه كارهای تحقیقاتی زیادی روی هر دو موضوع انجام شده است، اما كارهای كمی در زمینه تركیب ابرآب‌گریزی و افزاره‌های الكترونیكی گزارش شده است. ما باور داریم كه این تحقیق راهبرد جدیدی برای تركیب مفاهیم مختلف جهت رسیدن به یك اثر مطلوب ارائه می‌كند."

در این تحقیق روش ساخت ساده و مفیدی ارائه شده است كه بطور گسترده برای افزاره‌های الكترونیكی متداول متنوع بویژه افزاره‌های آلی بسیار آسیب‌پذیر نسبت به آب یا اتصالات فلزی محافظت نشده در افزاره‌های الكترونیكی، استفاده می‌شود.

این محققان برای ساخت سطح ابرآب‌گریزی از آرایه‌ای از نانومیله‌های اكسید روی، یك تك‌لایه خودآرایی را بكار برده و سطح آن را اصلاح كردند. آنها برای رسیدن به این هدف، نانومیله‌های اكسید روی ستونی، بسیار متراكم و هم‌راستا را روی سطح این افزاره رشد دادند. طول این نانومیله‌ها حدود 260 نانومتر و قطر آنها حدود 50 نانومتر بود.

یانگ توضیح می‌دهد: "اثر ابرآب‌گریزی را می‌توان با نانومیله‌های طویل‌تر بواسطه افزایش در زبری سطح تقویت كرد. اگرچه برای رسیدن به انتقال بالا، یك طول بهینه برای نانومیله‌ها ضروری بود. بنابراین ما با كنترل مقدار هیدرواكسید آمونیم و زمان واكنش رشد، نانومیله‌هایی با طول كمتر از 300 نانومتر رشد دادیم."

موقعی كه این محققان ابرآب‌گریزی افزاره خود را ارزیابی كردند، زاویه تماس یك قطره آب یونیزه شده را بالای 150 درجه اندازه‌گیری كردند؛ كه در مقایسه با زاویه 30 درجه برای افزاره‌های نم‌پذیر، فوق‌العاده بالا است.

یانگ توضیح می‌دهد: "ما متوجه شدیم كه عملكرد سویچینگ از قبیل نسبت مقاومت و ولتاژ فرآیند، حتی بعد از گذشت تعداد قابل‌توجهی چرخه، تحت تاثیر آب نبود."

این محققان جزئیات نتایج كار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Advanced Materials‌ منتشر كرده‌اند.
 

بنابرگفته دانشمندان آلمانی باتری قابل شارژی که با انتقال یون فلوئور میان الکترودها کار می‌کند، می‌تواند ظرفیت بالاتری نسبت به باتری‌های موجود داشته باشد.

این باتری که توسط ماکسی‌میلیان فیچنر و مونانگی رِدی از موسسه فناوری کارلس روهه ساخته شده است، با استفاده از انتقال برگشت‌پذیر یون‌های فلوئور میان الکترودها کار می‌کند؛ جهت انتقال یون‌های فلوئور به شارژ یا دشارژ شدن باتری بستگی دارد.

فیچنر می‌گوید مشوق آنها در این کار ظرفیت پایین باتری‌های موجود بود. در آینده باتری‌ها باید چگالی انرژی بالاتری داشته باشند تا باتری‌های سبک‌تر عمکلردی مشابه یا بهتر از باتری‌های سنگین فعلی پیدا کنند. او می‌افزاید: «این ویژگی مخصوصاً در کاربردهای غیرثابت اهمیت بیشتری دارد، زیرا همه دوست دارند که رایانه‌های هوشمند و گوشی‌های تلفن همراه آنها مدت زمان بیشتری بدون نیاز به شارژ کار کنند».

تمرکز این محققان بر باتری‌های مبتنی بر فلوئور بود، زیرا از نظر تئوری فلوئور قابلیت ذخیره انرژی بالایی دارد. فیچر می‌گوید: «از آنجایی که در این باتری‌ها نیازی به استفاده از لیتیوم نیست، از ایمنی بیشتری نیز برخوردارند».

دراین باتری آند فلزی و کاتد فلوئورید فلزی توسط یک الکترولیت رسانای فلوئور از یکدیگر جدا می‌شوند. هنگام دشارژ یا تخلیه باتری، الکترون‌ها با کاتد فلوئورید فلزی ترکیب شده و آن را به فلز تبدیل می‌کنند. سپس آنیون‌های فلوئورید از طریق الکترولیت به سمت آند فلزی رفته و در آنجا با ترکیب شدن با فلز آند، فلوئورید فلز تولید می‌کنند. زمان شارژ باتری فرایند عکس اتفاق می‌افتد.

این محققان نانوکامپوزیت‌های فلوئوریدی مختلفی تولید کرده و از آنها به عنوان کاتد و الکترولیت بهره بردند؛ از سریم فلزی نیز به عنوان آند استفاده شد. لایه‌های کاتد-الکترولیت-آند به شکل صفحاتی به هم فشرده شدند تا عملکرد آنها به‌عنوان باتری مورد بررسی قرار گیرد.

جان گودیناف متخصص مواد باتری از دانشگاه تگزاس در آوستین آمریکا بر اهمیت تولید باتری‌های جایگزین برای باتری‌های یون لیتیومی تأکید می‌کند. او می‌گوید تغییرات حجمی زیاد در الکترودهای این باتری جدید بر چرخه عمر آن تأثیر منفی دارد، بنابراین باید یک سطح تماسی مایع-جامد برای آن تعبیه شود.

فیچر می‌گوید در صورت توسعه بیشترِ این کار می‌توانیم باتری‌های پایدار با ظرفیتی چندین برابر ظرفیت باتری‌های یون لیتیومی فعلی داشته باشیم. باتری‌های فلوئوریدی اولیه تنها در دماهای بالا کار کرده و ظرفیت آنها با گذشت زمان کاهش می‌یافت، اما فیچر انتظار دارد با مشارکت دانشمندان دیگر از حوزه‌های مختلف، این مشکلات برطرف شوند.

جزئیات این کار در Journal of Materials Chemistry منتشر شده است.

جداسازی مولکولی در فناوری‌های مختلفی همچون شناسایی عوامل بیماری‌زا و توالی‌سنجی DNA اهمیت بسیار بالایی دارد. حساسیت روش‌های فعلی که برای این کار استفاده می‌شوند، برای تشخیص بسیاری از پروتئین‌ها که می‌توانند نشانگرهای زیستی بیماری‌های مختلف باشند، کافی نیست.
حال دیوید اینگلیس و همکارانش در دانشکده فیزیک دانشگاه مک‌کوآری روش جدیدی برای افزایش حساسیت جداسازی مولکولی ابداع کرده‌اند. در این روش جدید از تمرکز گرادیان رسانایی (conductivity Gradient focusin g برای تغلیظ و جداسازی همزمان پروتئین‌ها استفاده شده است. فرایند تغلیظ و جداسازی در یک کانال عمیق به عمق 120 نانومتر و توسط یک میدان الکتریکی صورت می‌گیرد؛ این کانال یک نمک پایدار و یک گرادیان رسانایی را حمایت می‌کند. نتایج حاصل نشان می‌دهند که می‌توان پروتئین‌ها را با این روش تا حد شناسایی تغلیظ کرد.
در این کار نشان داده شده است که یک نانوکانال ساده که به محلول‌های شیمیایی مختلف متصل است، می‌تواند یک گرادیان غلظتی پایدار و قوی میان این محلول‌ها ایجاد کند. سپس می‌توان از این گرادیان غلظتی برای جداسازی و تغلیظ انتخابی بهره برد. این فرایندها قبلاً در سامانه‌هایی اجرا شده‌اند که گرادیان غلظتی را با روش‌های بسیار پیچیده‌تری ایجاد می کنند.
اینگلیس می‌گوید: «ایده اصلی کار ما این است که با قرار دادن مولکول‌ها در یک نانوکانال و ایجاد یک گرادیان غلظتی می‌توان این گرادیان را بسط داده و بدین ترتیب مولکول‌ها را از هم جدا کرده و تغلیظ نمود. به‌علاوه، ما به‌جای تکیه بر قطبش غلظتی، از یک نانوکانال که دو میکروکانال با رسانایی بالا و پایین را به‌هم وصل می‌کند، بهره بردیم تا یک گرادیان میدان الکتریکی را به سیستم اعمال نماییم».
همانگونه که در شکل پایین نشان داد شده است، این ابزار از دو میکروکانال به عمق 6/8 میکرومتر تشکیل شده است که توسط 25 نانوکانال به عمق 120 نانومتر به یکدیگر متصل شده‌اند. عرض این نانوکانال‌ها در سمت راست (62 نانومتر) تقریباً سه برابر عرض آنها در سمت چپ (22 نانومتر) است.
بافرهای نمکی پایین و بالا به‌صورت متوالی و به‌ترتیب از کانال‌های چپ و راست عبور داده می‌شوند. اینگلیس می‌گوید: «پروتئین‌های مورد نظر به میکروکانال سمت راست (بافر نمکی بالا) اضافه می‌شوند. نیروهای موئین و تبخیر در جریان پایین‌دستی به‌صورت پیوسته سیال را با سرعت 5 نانولیتر در دقیقه به پیش می‌راند. با وجودی که تبادل بافر از طریق نانوکانال صورت می‌گیرد، این جریان گرادیان غلظتی نمک را ثابت نگه می‌دارد. یک اختلاف پتانسل مثبت به الکترود سمت راست (میکروکانال نمکی بالا) اعمال شده و الکترود سمت چپ (میکروکانال نمکی پایین) به زمین متصل می‌شود. جریان الکترو-اُسمزی بافر را همراه پروتئین محلول در آن به‌درون نانوکانال رانده و پروتئین‌ها در این قسمت گیر می‌افتند.


از آنجایی که غلظت پروتئین بسیار کمتر از غلظت نمک است، حضور پروتئین بر گرادیان تأثیری ندارد.

جزئیات این کار در مجله Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است.

اکسید گرافن خواص میکروکشی ندارد اما در عوض سلول‌های باکتری پستانداران در سطح این ماده سریع‌تر رشد می‌کنند. پژوهش‌های اخیر نشان می‌دهد که این ماده برای برخی میکروارگانیسم‌ها سمی بوده در حالی که برای انسان بی‌خطر است. بنابراین احتمالا بتوان از این ماده در دستگاه‌های پزشکی و زیست فناوری استفاده کرد تا با آن سلول‌های انسان را برای مهندسی بافت رشد داد.
یک گروه تحقیقاتی به رهبری کریستوفر بانکر از آزمایشگاه نیروی هوایی اوهایو روی فیلم‌های اکسید گرافن کار می‌کنند تا ببینند آیا این مواد خواص میکرو‌کشی دارد یا خیر. آنها همچنین به بررسی تاثیر این مواد روی سلول‌های پستانداران پرداخته‌اند. نتایج کار آنها نشان می‌دهد که اکسید گرافن مانع رشد میکروب‌ها نمی‌شود بلکه موجب تکثیر سلول‌های انسان و باکتری می‌گردد. دلیل این امر اتصال سلول‌ها به سطح اکسید گرافن است. اسکار رویز می‌گوید این یک پدیده تازه است که رویت شده است. اگر مواد غذایی لازم در محیط کشت قرار داده شود، سلول‌ها بسیار سریع‌تر رشد کرده و دانسیته آنها نسبت به محیط‌های کشت فاقد اکسید گرافن بیشتر می‌شود. در مورد باکتری‌ها، یک فیلم زیستی متراکم تشکیل می‌شود.


این تیم تحقیقاتی برای این کار از زیست‌آرایه‌های مختلف استفاده کردند که در آنها سطوح با غلظت‌های مختلفی از اکسید گرافن پوشش داده شده بود. در برخی آرایه‌ها نیز از خود اکسید گرافن استفاده شده بود. تعداد باکتری‌ها با استفاده از PCR مقادیر اندکی از یک مادة ژنتیکی را می‌توان در عرض چند ساعت به چند میلیون برابر خود افزایش داد. به این ترتیب می‌توان با نشانگرهای ژنتیکی بیماری‌های عفونی، سرطان و نقایص ژنتیکی را به نحوی مطمئن و سریع تشخیص داد. '> PCR کمی مورد ارزیابی قرار گرفت. رویز می‌گوید با این راهبرد ما می‌توانیم با دقت بالا مقدار دی‌ان‌ای باکتری‌ها را در غلظت‌های مختلف اندازه‌گیری کنیم. سپس با استفاده از میکروسکوپ SEM فیلم‌های زیستی را مطالعه کردیم. ماده‌ای که بتواند سرعت و کارایی رشد سلول‌ها را افزایش دهد کاربردهای زیادی خواهد داشت. برای مثال از اکسید گرافن می‌توان در مواد و سطوح جهت رشد سلول‌های انسانی استفاده کرد، همچنین می‌توان در رشد ساختارهایی جهت ترمیم زخم‌ها از آنها استفاده نمود. از دیگر کاربردهای ممکن اکسید گرافن می‌توان به استفاده از آنها در تولید زیست حسگرها اشاره کرد. زیست‌حسگرها می‌توانند موجب افزایش تولید داروها شده و یا درتولید سوخت‌های جایگزین موثر باشند.
این گروه سعی دارد تا ویژگی‌های واقعی اکسید گرافن را تشریح کند تا از آنها در حوزه‌های مختلف استفاده شود. محققان این پروژه که از دانشگاه دایتون در اوهایو و دانشگاه کلیمسون در کارولینای جنوبی هستند، نتایج کار خود را در نشریه ACS Nano به چاپ رساندند.
 

گروهی از شیمی‌دان‌های آمریکایی با اتصال یک تک‌رشته DNA به یک جفت نانولوله کربنی راهی برای تشخیص تغییرات شیمیایی ایجاد شده در آن یافته‌اند.

تغییرات شیمیایی ایجاد شده در DNA و به خصوص اتصال یک گروه متیل به باز سیتوزین یکی از مکانیسم‌های اصلی روشن و خاموش کردن ژن‌ها در سلول به‌شمار می‌رود. در طول سالیان اخیر دانشمندان دریافته‌اند که چنین تغییراتی می‌توانند از نسلی به نسل دیگر منتقل شده و امکان به ارث بردن ویژگی‌های محدودی را که در طول زندگی به‌دست می‌آیند، فراهم کنند.

چالش اصلی که در این زمینه وجود دارد، توسعه روشی حساس برای تشخیص تغییرات شیمیایی ایجاد شده در ژن‌های منفرد است. حال گروهی از دانشمندان آمریکایی به‌رهبری جاکلین بارتون از موسسه فناوری کالیفرنیا در پاسادانا و کولین نیکولز از دانشگاه کلمبیا در نیویورک روشی برای تشخیص متیله شدن DNA ارائه کرده‌اند.

در این روش یک نانولوله کربنی تک‌دیواره برداشته شده و با استفاده از روش حکاکی شکافی در میان آن ایجاد می‌شود. سپس یک تک‌رشته DNA به این دو بخش نانولوله‌ای متصل شده و کل ساختار ایجاد شده در مسیر یک جریان الکتریکی قرار داده می‌شود.

به‌طور معمول یک سیم متشکل از DNA و نانولوله کربنی جریان الکتریکی را عبور می‌دهد، اما وقتی این سیم در معرض آنزیم متیل ترانسفراز قرار می‌گیرد، اوضاع فرق می‌کند. اگر این رشته DNA دارای یک باز سیتوزین در موقعیت پیوندی مناسب باشد، این آنزیم به رشته DNA متصل شده و یک گروه متیل را به باز سیتوزین می‌افزاید. در این فرایند آنزیم متیل ترانسفراز باز سیتوزین را از رشته DNA به سمت بیرون می‌کشد که این امر موجب کوتاه‌تر شدن سیم شده و رسانایی الکتریکی آن تا 90 درصد کاهش می‌یابد.

این گروه توانستند با بررسی جریان عبوری از سیم DNA-نانولوله کربنی، اتصال گروه متیل به رشته DNA را تشخیص دهند. آنها همچنین با استفاده از یک رشته DNA که فاقد باز سیتوزین در موقعیت مناسب پیوندی بود نشان دادند که این کاهش رسانایی تنها هنگام متیله شدن DNA روی می‌دهد. این محققان در حال حاضر در تلاشند از این روش برای شناسایی تغییرات شیمیایی دیگر ایجاد شده در DNA بهره ببرند.

کریس اسکوفیلد، متخصص اِپی‌ژنتیک در دانشگاه آکسفورد انگلیس می‌گوید: «به‌نظر می‌رسد این روش برای تشخیص تغییرات شیمیایی DNA بسیار نویدبخش باشد».

جزئیات این تحقیق در مجله Chemical Science منتشر شده است.

پرتوی که از نقاط کوانتومی منتشر می‌شود نسبت به نشانگرهای فلورسانس که در پزشکی و زیست شناسی مورد استفاده قرار می‌گیرند بسیار شدیدتر بوده و از طول مدت تابش بیشتری نیز برخوردار است. اما این منابع نوری نانومقیاس هنوز از یک مشکل رنج می‌برند، آنها قابل حل در آب نیستند. محققان روشی برای حل این مشکل یافته‌اند. آنها پوششی ایجاد کرده‌اند که می‌تواند نقاط کوانتومی را در برگرفته و امکان حضور نقاط کوانتومی را درون بدن و درون سلول‌های زنده فراهم کند.

با این پوشش جدید نقاط کوانتومی، که نانوبلورهای نیمه‌هادی هستند، می‌توانند فرآیندهای زیستی را برای محققان روشن کنند. این نقاط کوانتومی ذرات نورانی هستند که از چند صد تا چند هزار اتم تشکیل شده‌اند. این نقاط در صورت قرار گرفتن در معرض تابش‌های فرابنفش نامرئی، از خود نور منتشر می‌کنند. ابعاد آنها در محدوده‌ای میان چند نانومتر تا چند ده نانومتر می‌باشد. با ایجاد پوشش در سطح نقاط کوانتومی می‌توان مشکل انحلال ناپذیری این مواد را مرتفع نمود. مولکول‌های دیگر را نیز می‌توان به این نقاط متصل کرد. با این کارمی‌توان سطح نقاط کوانتومی را به یک ماده به‌خصوص حساس کرد یا نقاط کوانتومی را مجبور کرد تا به یک نوع سلول خاص مانند سلول‌های تومور بچسبند.

دانشمندان اغلب برای مطالعه فرآیندهای زیستی از برچسب‌های فلورسانس استفاده می‌کنند، به‌طوری که این برچسب‌ها را به مولکول‌های زیستی می‌چسبانند. با استفاده از این برچسب‌ها ره‌گیری مولکول‌ها، حتی در صورت ورود آنها به‌درون سلول‌های زنده، امکان پذیر خواهد بود. اما برای این کار نقاط کوانتومی گزینه بهتری هستند. این نقاط می‌توانند نور بیشتر با ماندگاری طولانی‌تر از خود منتشر کنند. همچنین رنگ تابش در این ذرات به ابعاد آنها بستگی دارد. بنا به دلایلی از جمله سمی‌بودن آنها، تاکنون امکان استفاده از این مواد در ارگان‌های زنده میسر نبوده است.

برای حل این مشکل محققان دانشگاه تونت هلند و موسسه فناوری نانو آاستار سنگاپور از پوشش آمفیفیلیک استفاده کردند که دارای هر دو گروه آب‌دوست و آب‌گریز است. بخش آب‌گریز پلیمر به سطح نقاط کوانتومی می‌چسبد و بخش آبدوست‌ آن را آزاد می‌گذارد. با این کار این سطح قادر خواهد بود تا در آب حل شود. این پوشش با استفاده از "خودآرایی" در سطح نقاط کوانتومی ایجاد می‌شود. این پوشش تغییری در خواص نشر نور در نقاط کوانتومی ندارد.

آنها نتایج کار خود را در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Synthesis of functionalized amphiphilic polymers for coating quantum dots در نشریه Nature Protocols به چاپ رساندند.