وضعیت آب و هوا

بيني الكترونيك، تکنولوژی کارآمد
در طول توسعه جوامع، تلاشهایی از سوی انسان برای پی بردن به ماهیت بوها صورت گرفته است. ولی اقدام انقلابی در زمینه گیرندههایی بویایی و سیستمهای مربوط به بوها فقط در سالهای اخیر صورت گرفته است. بويايي يكي از پيچيدهترين و مبهمترين حواس انساني است. عليرغم اينكه احتمال ميرود بويايي يكي از اولين حواسي باشد كه بشر به كارايي آنپي برده است، هيچكس از عملكرد دقيق آن اطلاعي ندارد. یکی از زمینههای قابل پیشرفت، کاربرد فرآوردههای فناوری نانو در سیستمهای امنیتی ساخت ابزارهای فنی گونۀ «بینی الکترونی» است که برای کشف تودههای بسیار کوچک موادی که انتشار آنها ممنوع است در نظر گرفته شده است. در حال حاضر محققان نسخههايالكترونيكي از بيني انسان را ساختهاند كه پزشكان را قادر ميسازد تشخيصهايي كمترتهاجمي را از وضعيت بدن داشتهباشند. این تکنولوژی امروزه به خدمت تکنولوژیهای حفاظتی- امنیتی نیز درآمده و نقش بسیار موثری را در سیستمهای ردیابی مواد منفجره و مواد مخدر ایفا ميکند. در واقع ميتوان ادعا کرد با این تکنولوژی، دیگر دوران سگهای بوکش و ردیاب و دستگاههای دیگر سرآمده است. در این مقاله با چگونگی کارکرد این تکنولوژی بیشتر آشنا ميشویم.

حس بويايي

ریچارد اکسل و لیندا بک در سال 2004 به خاطر نتایج برجسته تحقیقات خود جایزه نوبل در رشته پزشکی را دریافت کردند. آنها حدوداً 900 ژن را کشف کردند که با همین تعداد گیرندههای بویایی که در قسمت بالایی حفره بینی قرار گرفتهاند و شامل حدود پنجاه میلیون سلول ابتدایی گیرنده هستند، در ارتباط ميباشند. سلولهای فعال شده سیگنالها را به گلومولرها و سپس به سلولهای میترال پیاز بویایی منتقل ميکنند. در ادامه سیگنالها وارد قشر مغز ميشوند، جایی که اطلاعات از گیرندههای مختلف در تصویر نهایی متناسب با بوهای مشخص جمع ميشوند. بيني انسان داراي ميليونها گيرندهبويايي از صدها نوع مختلف است. تنوع در گيرندههاي بويايي انسان را قادر ميسازد كه ده هزارنوع بوي مختلف را كه معمولا تركيبي از مود شيميايي فرار هستند، احساس نمايد. هر رايحه ميتواند چندين گيرنده را فعال كند و اين الگوي فعاليت، با ايجادكدي مخصوص، ادراك بويايي خاصي را در مغز ايجاد ميكند. تمامي بوها از مولكولهايشيميايي گوناگوني نشات ميگيرند كه در هوا پراكنده هستند. البته همه موادداراي رايحه نيستند، تنها موادي كه حاوي تركيبات شيميايي سبك و فرار که اصطلاحا مواد آروماتیک نامیده ميشوند، باشند از خودبو ساطع ميكنند. بسته به اينكه چه مواد شيميايي و در چه كميتي حاضر است،مجموعههاي مختلفي از نورونهاي گيرنده بويايي فعال ميشوند. مغزميتواند الگوهاي مختلف را رمز گشايي كرده و معاني متعددي را براي آنها در نظربگيرد. پیچیدگی بیوشیمیایی این ارگان شبیهسازی از آن را بسیار دشوار ساخته است. در واقع گيرندههاي بويايي كه با مولكولهاي بوتركيب ميشوند، پروتئينهاي غشايي هستند كه در سطح سلول گسترده شدهاند. از آنجا كهغشاي سلول از مولكولهاي چربي دولايه پوشيده شده است، پروتئينهاي گيرنده بسيار آبگريز هستند. هنگامي كه چنين پروتئينهايي از سلول جدا شده و در محلولهاي حاوي آب قرار گيرند، در كنارهم جمع شده و ساختار خود را از دست ميدهند. به اين ترتيب، جداكردن پروتئينها در مقادير زياد براي انجام مطالعات، بسيار مشكل خواهد بود. دانشمندان سالها وقت براي يافتن راهي براي جداسازي و تلخيص پروتئينها صرف كردهاند. اين امر بايد به وسيله محلولهاي شوينده آب گريز انجام شود تا بتوان ساختار و عملكرد پروتئينها را حفظ كرد.

گامهايي به سوي بويايي مصنوعي

يكي از راههاي رديابي مواد شيميايي در هوا، استفاده از دستگاههاي آزمايشگاهي بزرگ مانند كروماتوگراف گازي و اسپكترومتر است. اين ابزارها ميتوانند وجود كمترين مقادير مواد شيميايي فرار رادر نمونههاي هوا شناسايي كنند. اما دستگاههاي مذكور موادي راكه بابويايي ارتباطي ندارند نيز شناسايي ميكنند. بنابراين تعيين اينكهكدام بخش از خروجي آنها مطابق با بويايي است، بر پيچيدگي چنين سيستمهايي ميافزايد. به علاوه اين دستگاهها چندان قابل حمل نيستند. اما روشهاي مستقيمتر و كم حجمتري براي بازسازي مصنوعي حسبويايي در دست ايجاد هستند. از آنجایی که بینی الکترونیک مولتی حسگر شناسایی اجزا یا عناصر مخلوطهای گازی نامیده ميشود. دستگاههای مرتبط با آن بر اساس اصول فیزیکی گوناگون کار ميکنند، که اغلب آنالیزورهای دستی تحرک یونها، کروماتوگرافهای گازی دستی ميباشند. برخلاف سیستمهای حسگر قدیمي که مستلزم عناصر حساس با انتخاب بالا هستند، «بینی الکترونی» از مجموعه حسگرهای انتخاب پایین استفاده ميکند. امکان تحقق سیستمهای متکی به ابزارهای معاصر پیشرفته حسابگر و روشهای پرداخت اطلاعات چند پارامتری است. نانوفناوری امکان گسترش مجموعه مواد استفاده شده برای ساخت حسگرها و بدست آوردن مشخصههای رکورددار را ميدهد. از جمله آنها مواد نانو کمپوزیت محتوی نانو ذرات فلزات، اکسید فلزات، پلمیرها هستند. مواد نانو کامپوزیت اساس انواع جدید حسگرهای شیمیایی با حساسیت و انتخاب بالا، واکنشدهی آدسورپسیون (جذب سطحی) برگشتپذیر سریع و قابل استفاده (کار) در دمای اتاق، هستند.