«الغرافين يتحدث»... ابتكار يساعد في مراقبة جودة المنتج

عبر معالجة الإشارات الصوتية

«الغرافين يتحدث»... ابتكار يساعد في مراقبة جودة المنتج
TT

«الغرافين يتحدث»... ابتكار يساعد في مراقبة جودة المنتج

«الغرافين يتحدث»... ابتكار يساعد في مراقبة جودة المنتج

قبل نحو 12 عاماً منحت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم جائزة نوبل في الفيزياء للعالمين الروسيين بجامعة مانشستر «أندريه غييم» و«كونستانتين نوفوسيلوف» عن ابتكارهما لمادة الغرافين عام 2004. ومنذ ذلك التاريخ لم ينقطع الاهتمام بهذه المادة، المشتقة من الكربون، والتي تتمتع بمزايا توصيل الكهرباء، مع ميزة السماح بنفاذ الحرارة والضوء عبر جزيئاتها، وهو ما أهلها للاستخدام في عدة مجالات، مثل إنتاج الشرائح الإلكترونية والاستخدامات الطبية، وتحلية مياه البحر، وتنقية المياه من الملوثات.
وكانت أحدث الأبحاث في مجال إنتاج الغرافين، استخدام الصوت، حيث سمع شقيقان في مختبر جامعة رايس الأميركية، شيئاً غير عادي أثناء صنعه، وفي النهاية قررا أن الصوت نفسه يمكن أن يمنحهم بيانات قيمة حول المنتج.
والشقيقان هما، جون لي، خريج جامعة رايس، يدرس الآن في جامعة ستانفورد، وفيكتور لي، الذي كان طالباً في مدرسة ثانوية في نيويورك وهو الآن طالب جديد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وأصبح الاثنان مؤلفين رئيسيين لورقة بحثية تدور حول تحليل الوقت لإنتاج الغرافين المستحث بالليزر (LIG) من خلال الصوت.
وكان الشقيقان يعملان في مختبر جيمس تور للكيمياء بجامعة رايس، عندما توصلا إلى فرضيتهما وقدماها في اجتماع جماعي. ويتذكر جون لي، في تقرير نشره الموقع الإلكتروني لجامعة رايس يوم 19 يناير (كانون الثاني) الماضي «قال الأستاذ تور، إنه أمر مثير للاهتمام، وطلب منا متابعته كمشروع محتمل».
وتصف النتائج، التي ظهرت في دورية «المواد الوظيفية المتقدمة» مخططاً بسيطاً لمعالجة الإشارات الصوتية، بما يساعد في تحليل الغرافين المستحث بالليزر في الوقت الفعلي لتحديد شكله وجودته.
والغرافين المستحث بالليزر، الذي قدمه مختبر تور عام 2014، يصنع طبقات من صفائح الغرافين المترابطة عن طريق تسخين الجزء العلوي من لوح بوليمر رفيع إلى 2500 درجة مئوية (4532 درجة فهرنهايت)، تاركاً وراءه ذرات كربون فقط، وتم تطبيق هذه التقنية منذ ذلك الحين لصنع الغرافين من المواد الأولية الأخرى، وحتى الطعام.
يقول جون «في ظل ظروف مختلفة، نسمع أصواتاً مختلفة بسبب حدوث عمليات مختلفة، لذلك إذا سمعنا اختلافات أثناء التركيب، فسنكون قادرين على اكتشاف المواد التي يتم تشكيلها».
ويشير إلى أن التحليل الصوتي يسمح «بقدرات مراقبة جودة أكبر بكثير وهي أسرع بكثير من توصيف الغرافين الناجم عن الليزر بواسطة تقنيات الفحص المجهري».
ويضيف «في تحليل المواد، غالباً ما تكون هناك مفاضلات بين التكلفة والسرعة وقابلية التوسع والدقة، لا سيما فيما يتعلق بكمية المواد التي يمكنك معالجتها بشكل منهجي، وما لدينا هنا يسمح لنا بتوسيع نطاق إنتاجية قدراتنا التحليلية بكفاءة إلى الكمية الكاملة من المواد التي نحاول توليفها بطريقة قوية». ودعا جون شقيقه الأصغر إلى هيوستن، مدركاً أن خبرته ستكون ميزة إضافية في المختبر.
يقول «لدينا مجموعات مهارات تكميلية تقريباً حسب التصميم، حيث أتجنب التخصص في الأشياء التي يعرفها جيداً، وبالمثل يتجنب المجالات التي أعرفها جيداً، لذلك نشكل فريقاً قوياً للغاية».
ويوضح أنه «بشكل أساسي، يمكن لنمط الأصوات الصحيحة أن تتوافق مع المنتج الصحيح، وربطنا الأصوات المختلفة التي تتوافق مع المنتجات المختلفة».
ومن خلال ميكروفون صغير بقيمة 31 دولاراً من أمازون ملصق برأس الليزر وملحق بهاتف محمول داخل خزانة الليزر يتم التقاط الصوت لتحليله.
يقول تور: «قام الأخوان بتحويل نمط الصوت من خلال تقنية رياضية تسمى تحويل فورييه السريع، حتى يتمكنوا من الحصول على البيانات الرقمية من البيانات الصوتية، ومن خلال بعض الحسابات الرياضية، يمكن أن تكون هذه البيانات أداة تحليلية لتقييم نوع المنتج ونقاوته».
يقول جون لي إن الأصوات المنبعثة «توفر معلومات عن استرخاء مدخلات الطاقة عندما يضرب الليزر العينة ويتم امتصاصه أو نقله أو تناثره أو انعكاسه أو تحويله بشكل عام إلى أنواع مختلفة من الطاقة، وهذا يسمح لنا بالحصول على معلومات عن خصائص البنية الدقيقة للجرافين، وخصائص مورفولوجيته وخصائص المقياس النانوي».
ويبدي تور إعجابه بالنتائج قائلاً «ما توصل إليه هؤلاء الإخوة مذهل... إنهم يسمعون أصوات التوليف أثناء إجرائها، ومن ثم يمكنهم تحديد نوع المنتج وجودته بشكل شبه فوري، وقد يكون هذا نهجاً مهماً أثناء التوليف لتوجيه معايير التصنيع».


مقالات ذات صلة

بدء تطبيق المرحلة الإلزامية الأولى لتوحيد منافذ الشحن في السعودية

الاقتصاد مقر هيئة الاتصالات والفضاء والتقنية في الرياض (الموقع الإلكتروني)

بدء تطبيق المرحلة الإلزامية الأولى لتوحيد منافذ الشحن في السعودية

بدأ تطبيق المرحلة الإلزامية الأولى لتوحيد منافذ الشحن للهواتف المتنقلة والأجهزة الإلكترونية في السوق، لتكون من نوع «USB Type - C».

«الشرق الأوسط» (الرياض)
الاقتصاد جانب من اجتماع خلال منتدى حوكمة الإنترنت الذي عقد مؤخراً بالعاصمة الرياض (الشرق الأوسط)

تقرير دولي: منظومات ذكية ومجتمعات ممكّنة تشكل مستقبل الاقتصاد الرقمي

كشف تقرير دولي عن عدد من التحديات التي قد تواجه الاقتصاد الرقمي في العام المقبل 2025، والتي تتضمن الابتكار الأخلاقي، والوصول العادل إلى التكنولوجيا، والفجوة…

«الشرق الأوسط» (الرياض)
تكنولوجيا تتميز سمكة «موبولا راي» بهيكلها العظمي الغضروفي وأجنحتها الضخمة ما يسمح لها بالانزلاق بسهولة في الماء (أدوبي)

سمكة تلهم باحثين لتطوير نموذج مرشّح مياه صناعي!

طريقة تغذية سمكة «موبولا راي» تدفع باحثي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لتطوير أنظمة ترشيح فعالة.

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا تعمل استراتيجيات مثل الأمن متعدد الطبقات واستخبارات التهديدات المتقدمة على تعزيز دفاعات الشركات السعودية (شاترستوك)

السعودية تسجل 44 % انخفاضاً في الهجمات الإلكترونية حتى نوفمبر مقارنة بـ2023

تواجه السعودية التحديات السيبرانية باستراتيجيات متقدمة مع معالجة حماية البيانات وأمن السحابة وفجوات مواهب الأمن السيبراني.

نسيم رمضان (لندن)
خاص تتضمن الاتجاهات الرئيسة لعام 2025 الاستعداد الكمومي وممارسات الأمن السيبراني الخضراء والامتثال (شاترستوك)

خاص كيف يعيد الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية تشكيل الأمن السيبراني في 2025؟

«بالو ألتو نتوركس» تشرح لـ«الشرق الأوسط» تأثير المنصات الموحدة والذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية على مستقبل الأمن السيبراني.

نسيم رمضان (لندن)

علاج جيني لجفاف الفم

علاج جيني لجفاف الفم
TT

علاج جيني لجفاف الفم

علاج جيني لجفاف الفم

هل شعرت يوماً بالعطش الشديد حتى بات فمك كالصحراء؟ تخيل أن يكون هذا شعورك طوال الوقت.. هذا هو الحال بالنسبة للأشخاص الذين يعانون من جفاف الفم.

مشكلة جفاف الفم

إن هذه المشكلة التي قد تبدو بسيطة في البداية، يمكن أن تكون لها عواقب وخيمة على صحة الفم والجسم. ووفق الدراسات العلمية فإن 26 في المائة من الرجال و33 في المائة من النساء يعانون من جفاف الفم.

ومن أهم أسباب جفاف الفم هو عدم شرب الماء بكميات مناسبة، وتناول الأدوية، حيث إن 70 في المائة من أدوية القلب وارتفاع ضغط الدم والمهدئات ومضادات الكآبة والمسكنات ومضادات الحساسية. كما أن أغلب أدوية الأمراض المناعية لها آثار جانبية تسبب جفاف الفم.

وقد يكون جفاف الفم من أعراض بعض الأمراض مثل السكري والتهاب المفاصل الروماتويدي. كما أن التدخين والإكثار من شرب القهوة يمكن أن يؤدي إلى جفاف الفم. ولعل أكثر الأسباب شيوعاً لجفاف الفم هو القلق والتوتر النفسي.

دور اللعاب المهم

ويلعب اللعاب الذي تفرزه 3 أزواج من الغدد اللعابية دوراً مهماً في حماية الفم فهو حارس الفم الصامت. ومن أهم وظائفه:

-تنظيف الفم: يعمل اللعاب كمُنظّف طبيعي يزيل بقايا الطعام والبكتيريا.

-الهضم: يحتوي اللعاب على إنزيمات تساعد في بدء عملية الهضم.

-حماية الأسنان: يعادل اللعاب الأحماض التي تنتجها البكتيريا، مما يقلل من تسوس الأسنان.

-الترطيب: يحافظ على ترطيب الفم والأنسجة الفموية، ما يمنع الجفاف والتشقق. ويسهل عملية النطق وانسيابية مخارج الحروف.

-مكافحة العدوى: يحتوي على مواد مضادة للبكتيريا والفطريات، مما يحمي الفم من العدوى.

دراسة دولية جديدة

وتمنح نتائج البحث الجديد لمستشفى جامعة يونيفرسيتي كوليدج- لندن UCLH أملاً جديداً لمرضى سرطان الفم والرأس، الذين يعانون من جفاف الفم. فمن المعروف أن العلاج الإشعاعي لمرضى سرطان الفم والرأس هو من الأسباب الأخرى التي تؤدي إلى تلف الغدد اللعابية، حيث إن 90 في المائة من هؤلاء المرضى يعانون من جفاف شديد للفم بسبب التلف الدائم للغدد اللعابية، ما يجعلها غير قادرة على إنتاج كمية كافية من اللعاب. ويسبب هذا الأثر تدهوراً دائماً في القدرة على الكلام والأكل.

وشارك في الدراسة الدولية التي أطلق عليها AQUAx2 أيضاً، باحثون من الولايات المتحدة وكندا والمملكة المتحدة. وهي تعد الأولى من نوعها في المملكة المتحدة. وتشمل مواقع عدة تابعة لـUCLH، بما في ذلك مستشفى RN ENT الملكي للأنف والأذن والحنجرة ومستشفى ايستمان لطب الأسنان Eastman Dental، بالإضافة إلى مركز ماكميلان للسرطان.

علاج جيني لجفاف الفم

وقال الباحثون الذين نشروا دراستهم في عدد ديسمبر (كانون الأول) 2024 في «المجلة الطبية البريطانية» إنهم طوّروا علاجاً مبتكراً لمرضى جفاف الفم الناجم عن الإشعاع.

ويأمل الباحثون أن يسهم العلاج الجيني المسمى AAV2-hAQP1 في تحسين حياة المرضى الذين نجوا من سرطان الفم والبلعوم ولكنهم يعانون من جفاف الفم المستمر (الذي يعرف xerostomia) نتيجة لتلف الغدد اللعابية بسبب الإشعاع.

ويهدف العلاج إلى زيادة كمية اللعاب وتخفيف أعراض جفاف الفم عن طريق نقل جين Aquaporin 1 (hAQP1) إلى الغدد اللعابية المتضررة من الإشعاع المضاد للسرطان.

بروتين يعمل كـ«قناة ماء»

تستخدم الدراسة ناقلاً فيروسياً (فيروساً معدلاً) لنقل جين مصمم لإنتاج بروتين معين يسمى Aquaporin، الذي يعمل كـ«قناة ماء» لتسهيل نقل الماء. وتصبح خلايا الغدة اللعابية المتبقية أكثر نفاذية للماء، ما يسمح بتدفق الماء إلى الفم لترطيبه. ويتم إعطاء العلاج مرة واحدة فقط.

وبسبب ارتفاع معدلات الإصابة بسرطان الفم والرأس في السنوات الأخيرة فإن العلماء يتوقعون زيادة عدد المرضى الذين يعانون من جفاف الفم الناجم عن الإشعاع في السنوات المقبلة.

وتتسم العلاجات الحالية لجفاف الفم الناجم عن الإشعاع بفاعلية محدودة وتسبب آثاراً جانبية وتعتمد على وجود نسيج غدة لعابية وظيفية متبقٍّ. ولم يتم تقديم أي علاج جديد لهذه المجموعة من المرضى على مدار العشرين عاماً الماضية.

سرطانات الرأس والعنق

وتعد سرطانات الرأس والعنق سادس أكثر أنواع السرطان شيوعاً على مستوى العالم والثامنة في المملكة المتحدة. وارتفعت معدلات الإصابة في إنجلترا بشكل كبير، بزيادة قدرها 47 في المائة منذ عام 2013. وتظهر البيانات الحالية تفاوتات صارخة في جميع أنحاء البلاد، حيث يعيش الأشخاص في المناطق الأكثر حرماناً تقريباً ضعف معدل الإصابة بسرطان الرأس والعنق ومن المرجح أن يتم تشخيصهم في مرحلة متأخرة مقارنة بأولئك الذين يعيشون في المناطق الأقل حرماناً.

ويعتقد العلماء أن هذه الدراسة ستنعش مستوى الحياة والرفاهية لآلاف مرضى سرطان الفم والرأس بعد أن يتم إنقاذهم من مشكلة جفاف الفم.