پزشکی بالینی

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا برای اولین بار موفق به ساخت بلندگوی صوتی گرافنی شدند. محصولی که این گروه تولید کردند، نمونه اولیه بوده و هنوز هیچ بهینه سازی روی آن انجام نشده است. این دستگاه که در واقع نوعی سمعک به حساب می‌آید، دارای خواص فیزیکی و الکترونیکی ویژه‌ای است که موجب شده این سمعک فرکانس‌های بیشتری را نسبت به دستگاه‌های رایج بازار شنود کند.
در بلندگوها، هدفون‌ها و سمعک‌ها از یک پرده دیافراگم کاغذی استفاده می‌شود. این پرده امواجی تولید می‌کند که گوش قادر به شنیدن آن است. بسته به این که امواج ارسالی چه فرکانسی داشته باشند، صداهای تولید شده متفاوت خواهد بود. گوش انسان، بسته به این که در چه سنی باشد، می‌تواند فرکانس‌هایی بین 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز را بشنود. کیفیت بلندگوهای تولید شده به این بستگی دارد که پاسخ آن‌ها به فرکانس‌ها چگونه باشد، در واقع صرف نظر از این که فرکانس امواج صوتی رسیده به بلندگو در کجای محدوده 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز باشد، باید پاسخ یکسانی از سوی بلندگو ارائه شود. در هدفون‌ها و بلندگوهای بی‌کیفیت تجاری، اگر فرکانس در محدوده پایین باشد، صدای تولید شده بسیار بلند است؛ اما اگر در محدوده بالای فرکانسی باشد، صدا ضعیف است.
دیافراگم سمعک تولید شده در آزمایشگاه برکلی از جنس گرافن است که ضخامتی در حد 30 نانومتر و طولی در حدود 7 میلیمتر دارد. این لایه گرافنی بین دو الکترود سیلیکونی ساندویچ شده است، بین الکترود و گرافن نیز پوششی از جنس دی‌اکسید سیلیکون قرار داده شده تا مدار کوتاه ایجاد نشود. با اعمال ولتاژ به الکترودها، نیروی الکترواستاتیکی ایجاد می‌شود؛ این نیرو موجب نوسان پرده دیافراگم شده که این به نوبه خود موجب تولید صدا می‌شود. با نوسان الکتریسیته، صداهای مختلف ایجاد می‌شود.
با توجه به ویژگی‌های منحصربفرد گرافن، می‌توان انتظار داشت محصول تولید شده از آن، دارای قابلیت‌های منحصربه فردی باشد. پاسخ سمعک گرافنی بسیار جالب توجه است. بسیاری از دیافراگم‌های رایج در برخی فرکانس‌ها، خاموش هستند اما دیافراگم گرافنی خاموشی ندارد؛ دلیل این امر نازکی بیش از حد این ماده و استحکام آن است. این که گرافن خاموشی ندارد، به این معناست که این دیافراگم از نظر انرژی بسیار کارا است؛ بنابراین در صورت استفاده در تلفن‌های همراه و تبلت‌ها، مصرف انرژی را به شدت کاهش می‌دهد.

یافته‌های اخیر دانشمندان در دانشگاه منچستر نشان می‌دهد که گرافن می‌تواند برای شناسایی دارو یا مواد سمی در بدن مفید باشد، از این یافته می‌توان برای ساخت ادوات ایمنی در فرودگاه‌ها استفاده کرد. اخیرا مقاله‌ای تحت عنوان «Singular phase nano-optics in plasmonic metamaterials for label-free single-molecule detection» در نشریه «Nature Materials» به چاپ رسیده است که در آن یک تیم تحقیقات انگلیسی با همکاری همتایان خود در دانشگاه آیکس مارسلی موفق به ساخت دستگاهی شدند که می‌تواند با استفاده از یک سیستم نوری ساده، تک مولکول‌ها را شناسایی کند. این دستگاه قادر است اجزای مولکول‌ها را نیز در مدت چند دقیقه آنالیز کند. در این سیستم از پلاسمونیک استفاده شده است؛ پلاسمونیک مطالعه ارتعاشات الکترونی در مواد مختلف است.
با یافته‌های این گروه تحقیقاتی می‌توان ابزارهایی دقیق‌تر و سریع‌تر برای تست ورزشکاران حرفه‌ای ساخت؛ این ادوات می‌توانند وجود مقادیر بسیار کم از مواد را در بدن ورزشکار شناسایی می‌کنند. همچنین از این سیستم می‌توان در فرودگاه‌ها استفاده کرد تا مانع از وارد کردن مواد منفجره و یا مواد مخدر توسط تروریست‌ها و قاچاقچی‌ها شد. از این دستگاه می‌توان برای شناسایی فرد آلوده به ویروس استفاده کرد.
گرافن ماده‌ای است که اولین بار در سال 2004 در دانشگاه منچستر کشف شد؛ این ماده می‌تواند کاربردهای متنوعی از تلفن‌های هوشمند گرفته تا سیستم‌های دارورسانی و تراشه‌های کامپیوتری داشته باشد. به‌ دلیل وجود چنین پتانسیل‌هایی دانشمندان دانشگاه منچستر به‌ دنبال استفاده از این ماده در ادوات جدید هستند. این تیم تحقیقاتی به رهبری «ساشا گریگورنکو» نوع جدیدی از ادوات حسگری را ساخته‌اند؛ این دستگاه می‌تواند مولکو‌ل‌های بسیار کوچک را شناسایی کند؛ این سیستم به خواص توپولوژیکی فاز نوری حساس است.
با استفاده از این دستگاه تست دارو و مواد سمی از طریق تست ساده خونی قابل انجام است، این کار با دقت بالا و زمانی بسیار کوتاه، در حد چند دقیقه، قابل انجام است. محققان دریافته‌اند که حساسیت این سیستم سه برابر بیشتر از سیستم‌های رایج فعلی است. محققان بخش فیزیک و اخترشناسی دانشگاه منچستر معتقدند که این تحقیقات می‌تواند به‌ صورت محصول تجاری وارد بازار شود. «گریگورنکو» می‌گوید: کل ایده این روش این است که بتوان یک مولکول را زیر سیستم نوری مشاهده کرد، دقیقا شبیه یک میکروسکوپ. اپتیک‌های نوری منفرد که دارای ویژگی‌های فازی غیرمعمول هستند، اخیرا مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته‌اند. ما در این پروژه نشان دادیم که می‌توان از آنها در دستگاه‌ها استفاده کرد.

گروهي از محققان، يک عامل وضوح تصوير MRI جديد با کارايي بالا، خطر بالقوه کمتر و هزينه پايين‌تر توليد کرده‌اند تا با استفاده از آن بتوانند تشخيص بيماري‌ها را بهبود بخشند. در حال حاضر از عوامل وضوح تصوير مبتني بر گادولينيوم براي بهبود تصاوير MRI و تشخيص بهتر بيماري‌ها استفاده مي‌شود. با اين حال مطالعات اخير نشان مي‌دهد که استفاده از گادولينيوم مي‌تواند برخي اثرات جانبي منفي همچون فيبروز سيستميک نفروژنيک در برخي بيماران داشته باشد. به همين دليل سازمان غذا و داروي آمريکا (FDA) براي استفاده از گادولينيوم در کاربردهاي باليني محدوديت‌هايي وضع کرده است. به علاوه، بسياري از عوامل وضوح تصوير MRI براي تصويربرداري از برخي بخش‌هاي بدن همچون بافت‌ها يا تصويربرداري مولکولي مناسب نيستند.
دکتر بلاجي سيتارامان، استاديار مهندسي زيست‌پزشکي دانشگاه استوني بروک، براي حل اين مشکل يک عامل وضوح تصوير گرافني جديد با کارايي بسيار بالا توليد کرده است که مي‌تواند جايگزين گادولينيوم در تصويربرداري‌هاي MRI شود. او مي‌گويد: اين عامل جديد مي‌تواند در دوزهاي بسيار پايين‌تر همان وضوح تصوير مشابه گادولينيوم را ايجاد كند. اين فناوري از طريق کاهش هزينه هر دوز و همچنين کاهش تعداد دوزهاي مورد نياز، هزينه‌هاي بهداشتي را کم خواهد کرد. به علاوه، از آن جايي که اين روش حساسيت بالاتري دارد، امکان تشخيص زودهنگام و مطمئن بيماري‌ها فراهم شده و درمان آنها با هزينه کمتر و با احتمال موفقيت بالاتري همراه خواهد بود.
دکتر سيتارامان، اوايل سال 2012 يک شرکت نوپا به‌ نام «Theragnostic Technologies Inc» تأسيس کرده است تا روي تجاري‌سازي اين عامل جديد کار کند. پيشرفت‌هاي روبه‌ رشد اين فناوري توسط شهرام حجازي، متخصص صنعت و مشاور تجاري، دکتر کِنِت شروير، استاد آسيب‌شناسي دانشگاه استوني بروک، دکتر ويليام مور، رئيس Thoracic Imaging و استاديار دانشکده راديولوژي دانشگاه استوني بروک حمايت مي‌شوند.
به گزارش ایسنا، تمرکز اصلي گروه تحقيقاتي دکتر سيتارامان روي فصل مشترک زيست‌نانوفناوري، پزشکي مولد و پزشکي مولکولي است. هدف آنها ايجاد هم‌افزايي ميان پيشرفت‌هاي ايجاد شده در هر يک از اين حوزه‌ها و برپايي يک برنامه تحقيقاتي پويا براي رفع مشکلات مربوط به تشخيص و درمان بيماري‌ها و رشد مجدد بافت است. دکتر سيتارامان دوره کارشناسي خود را در موسسه فناوري هند گذرانده و دکتري خود را از دانشگاه رايس دريافت كرده است. جزئيات اين تحقيق در مجله «PLoS ONE» منتشر شده است.