طراحی فناوری‌های نانو با الگوبرداری از ریزساختار پوست جانوران

به گزارش زیست آنلاین، دانشمندان یک طرح اروپایی قصد دارند با الهام گرفتن و تقلید از زیرساخت‌های پوستی تیره خاصی از مارمولک و سوسک همین کار را انجام بدهند.

آن‌ها متوجه شده‌اند که ریزساختارهای پوست مارمولک شاخ‌شاخ ویژگی‌های منحصر به فردی دارد که برای انتقال مایعات به کار می‌آيد.

بیشتر بخوانید: صنعت زیست فناوری و جایگاه دانمارک در بازار اروپاطراحی مدل سه بعدی پوست حشره در مقیاس نانومتربخشی از این تحقیقات در آزمایشگا‌ه‌های دانشگاه یوهانس کپلر در لیتس در اتریش انجام می‌شود. آنها برای انجام آزمایش‌ها مارمولک شاخ‌شاخی را از آمریکای شمالی به شهر لیتس آورده‌اند.

این گونه از مارمولک‌ها برای زنده ماندن نیاز به میزان بسیار کمی از آب دارند. آنها می توانند به طور طبیعی، شبنم یا قطرات بارانی را که روی پشتشان جمع شده،‌ استفاده کنند محققان اروپایی از این سیستم هوشمند طبیعی الهام گرفته اند تا فناوری‌های در مقیاس نانو برای انتقال آب طراحی‌کنند.

این نوع مارمولک از تیره شاخی‌مارمولکان است و می‌تواند از طیف وسیع و گسترده‌ای از ابزار، برای جلوگیری از شکار شدن استفاده کند.

پوست این مارمولکها می‌تواند به‌سرعت مایعات را جذب کند. فلوریان هاشن، زیست شناس در این باره که چگونه مارمولک شاخ‌شاخی قادر است از قطرات آب جمع شده روی پوستش برای آب استفاده کند،‌ توضیح می دهد و می‌گوید:‌ «ریزساختارهای پوست این مارمولکها به سرعت مایعات را جذب می کند. در لایه های مختلفِ پوستِ مارمولک شاخ شاخی،‌ یک سیستم مویرگی وجود دارد که مایع را خیلی به سرعت به سر حشره منتقل می‌کند. سپس مارمولک می‌تواند مایع را با گوشه دهانش بنوشد.»

محققان این آزمایش‌ها را روی گونه‌ای از سوسکهای آمریکای جنوبی هم انجام می‌دهند. آنها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی قوی،‌ مدل سه بعدی از پوست حشره،‌ در مقیاس نانومتر می‌سازند.

زیست شناس دانشگاه یوهانس کپلر لیتس در این باره که اما این مدل به چه کار محققان می‌آید، می‌گوید: «متوجه شدیم که ترشحات دفاعی در بخش خاصی از بدن حشره، و در ریزساختارهای پوست آنها قرار دارد. غدد مربوط به ترشحات دفاعی هم زیر بالهای حشره هست. ترشحات دفاعی تولید شده از طریق ریزساختارهای پوست، به محل اتصال بال حشره به بدنش منتقل می‌شود. سپس تبخیر شده و با ایجاد بوی بد خطر را از خود دور‌،‌ و به این ترتیب از خودش دفاع می‌کند.»

محققان دانشگاه یوهانس کپلر در لیتس ریزساختارهای پوست مارمولک شاخ‌شاخی را بررسی می‌کنند

استفاده از لیزر برای طراحی ریز ساختارهای هیدروفیل یا هیدروفوبیبخش دیگر تحقیقات این طرح اروپایی در کرت در یونان انجام می‌شود. محققان موسسه ساختارهای الکترونیک و لیزر در این جزیره با پروژه اروپایی مشارکت دارد. دانشمندان این موسسه در زمینه فناوری لیزر تخصص دارند.

هدف‌ آنها بازتولید مدل‌هایی است که دانشمندان علم زیست تقلید (بیومیمتیک)‌ بر اساس مواد مصنوعی ساخته اند. آنها برای این‌کار از پالس‌های کوتاه لیزر، در مقیاس بسیار کوچک استفاده می‌کنند.

اوانجلوس اسکولاس، مهندس اپتیک و لیزر این موسسه در این باره که تابش پرتو لیزر چگونه در ساخت مدل‌های سه بعدی به مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌گوید: «تابش پرتو لیزر به ماده شوک وارد می کند و ساختار ماده را تغییر می دهد. می توانید در مقیاس و با تفکیک‌پذیری از چند میکرون تا چند دهم نانومتر، ساختارهای سه بعدی بسازید. (برای مقایسه) این نکته را در نظر بگیرید که قطر موی شما صد میکرون است.»

ساخت مدل سه بعدی بر اساس پوست مارمولک، چه فایده‌ای برای ساختارهای آب دوست (هیدروفیلی) و آب گریز (هیدروفوبی) دارد؟‌امانوئل استراتکیس، مسئول هماهنگ کننده این طرح از موسسه ساختارهای الکترونیک و لیزر در یونان به این سوال پاسخ می‌دهد و می‌گوید: ««اینجا می توانید ناحیه ای را ببینید که در جاهای مشخص الگوهای مشخص با ساختارهای مشخص به خود گرفته است. ساختارهای آب دوست (هیدروفیلی) و آب گریز (هیدروفوبی). ترکیب این ساختارها آب را در مسیر مشخصی هدایت می کند و بازدهی را حداکثر می کند.»

بیشتر بخوانید: شبیه ‌سازی زیستی در بیوتکنولوژی با الگوبرداری از طبیعت محققان اروپایی تاثیر افزایش دمای آب دریاها بر زندگی آبزیان را بررسی می کنندطبق پیش بینی مجمع بین المللی تغییرات اقلیمی دمای آب دریاها دو الی چهار درجه افزایش خواهد یافت. عواقب این افزایش دما، بر زندگی ماهی ها و صدفهای دریایی (پرارزش تجاری) چیست؟ محققان اروپایی مشغول یافتن این پرسش در مزارع آبزی پروری در پرتغال و لهستان هستند.

زیست شناسان دریایی می خواهند بدانند افزایش دما، میزان شوری و درصد اسيدی يا قليايی بودن آب دریا چه تاثیری بر حیات صدفهای دریایی دارد؟ آنها تاکنون به نتایجی دست یافته اند که حاوی خبرهای خوبی برای پرورش دهندگان صدف نیست.

صدفها غذای خود را بوسیله فیلتر کردن (تصفیه کردن) آب دریا بدست می آورند. دومیتیلیاس ماتیاس، زیست شناس دریایی از موسسه تحقیقاتی دریاها و جو در پرتغال در باره اینکه افزایش دمای آب چه تاثیری بر وزن و رشد صدفها دارد، می گوید: «در آب گرم صدفها، فعالیتشان برای تصفیه آب بشدت بالا می رود. آنها بطور مرتب برای اینکه خنک بشوند آب را فیلتر می کنند. در نتیجه این فعالیت، متابولیسم و سوخت و سازشان بالا می رود. این تلاش مستمر برای تصفیه آب باعث می شود که صدفها انرژی زیادی جذب کنند. این بر رشدشان، و در نتیجه بر ابعاد پوسته صدف و وزنشان تاثیر می گذارد.»

بررسی آبزیان توسط محققان

تاثیر افزایش دمای آب بر چرخه تولید مثل صدفهامحققان طرح اروپایی «تغییرات آب و هوایی و منابع آبزی در اروپا» می خواهند بدانند که دمای بالای آب در دراز مدت چه تاثیری بر چرخه تولید مثل صدفها خواهد داشت.

دومیتیلیاس ماتیاس در این باره می گوید: «ما تاثیر افزایش دما را در چرخه های تولیدمثلِ گونه های مختلف ارزیابی می کنیم. سپس بررسی می کنیم که آیا تخمهای حاصل از این چرخه های تولید مثلی در آب های گرمتر دوام می آورد یا نه.»

دانشمندان این طرح پژوهشی در اروپا تاثیر تغییرات آب و هوایی را بر ماهی ها، منابع دریایی، صدفهای دریایی، و گونه های دیگر گران قیمت بررسی می کنند. هدف این است که ببینند چه راههایی برای سازگار کردن صنعت با تغییرات آب و هوایی وجود دارد؟

میرون پک، محقق علوم زیستی اقیانوسها و مسئول هماهنگ کننده این طرح تحقیقاتی درباره این بررسیها می گوید: «می توانیم سرعت رشد ماهی ها را پیش بینی کنیم و ببینیم در نهایت چه اتفاقی برای گونه های مختلف آنها می افتد. برای بررسی تاثیر آن بر کار پرورش دهندگان ماهی و ماهیگیران هم از الگوهای اقتصادی موجود استفاده می کنیم.»

آبزیان خود را با دمای بالای محیط تطبیق می دهندمزارع آبزی پروری تجاری هم در این طرح تحقیقاتی هستند. مثل یک مزرعه در شمال لهستان که سالانه ۲۵ تن ماهی کپور، ماهی لوتی، لای ماهی و اردک ماهی تولید می کند

آبی که در این مزرعه جریان دارد در نیروگاهی در نزدیکی مزرعه گرم می شود. محققان می خواهند بدانند ماهی این منطقه که از تیره کپورماهیان چگونه خود را با محیط گرمتر تطبیق می دهند.

هر چه دمای آب بالاتر باشد، ماهی ها تحت استرس بیشتری قرار می گیرند. افزایش استرس هم باعث می شود که ماهی در مقابل حمله ویروسها و باکتریها آسیب پذیرتر باشند.

مسئول این مزرعه می گوید که دانش محققان به پرورش دهندگان ماهی کمک می کند که میزان خطرات را کمینه و منافع بالقوه را بهینه کنند. وی می گوید: «می دانیم که دمای بالای آب بر رشد ماهی ها تاثیر می گذارد. اما مشتریان ما انتظار دارند ماهی کپور دو تا دو کیلو و نیم وزن داشته باشد. شناخت الگوهای مربوط به تغییرات آب و هوایی به ما کمک می کند تا الگوهای تغذیه برای پرورش ماهی کپور را کارآمدتر کنیم.»

محققان با کمک نتیجه آزمایشها به مدلی برای بررسی میزان آسیب پذیری گونه های مختلف و ظرفیت سازگاری شان با تغییرات محیطی دست می یابند.

مهندسان اپتیک و لیزر درموسسه ساختارهای الکترونیک و لیزر با استفاده از تابش پرتو لیزر مدل‌های سه‌بعدی با تقلید از ریزساختار پوست حشره می‌سازند.

کاربرد ساخت مدل سه بعدی بر اساس زیرساختارهای پوست حشرات چه هستند؟‌این آزمایش‌ها برای فولاد هم انجام می شود که اهمیت خاصی دارد چون می توان با این ساختارها اصطکاک را در قطعات میکرومکانیکی و در نتیجه فرسایش آنها را کاهش داد.

مانوئل استراتکیس، مدیر این طرح می‌گوید: «در اجزای میکرومکانیکی، دو سطح داریم که از طریق روان ساز باهم در تماسند. در نتیجه می‌توان اصطکاک بین سطوح را با افزودن یک ساختار سطحی کاهش دهیم.»

این فناوری کاربردهای دیگر هم دارد، از جمع آوری آب موقع خشکسالی گرفته تا کاربرد در مهندسی پزشکی.

منبع: یورونیوز

https://zistonline.com/vdcbw0bz.rhb95piuur.html