أحدث الأخبار مع #جامعة_نورث_إيسترن
الجزيرة
٢١-٠٧-٢٠٢٥
- علوم
- الجزيرة
ابتكار بلاستك "ثوري" ينقل الحرارة بكفاءة تفوق الفولاذ وتعزل الكهرباء
في إنجاز علمي قد يغير شكل الإلكترونيات الحديثة، تمكن باحثون من جامعة نورت إيسترن الأميركية -بالتعاون مع مختبر أبحاث الجيش- من تطوير نوع جديد من البلاستيك يتمتع بخاصية فريدة، وهي القدرة على نقل الحرارة بكفاءة تفوق الفولاذ المقاوم للصدأ، مع وزن أقل بـ4 مرات. ولطالما عُرف البلاستيك كعازل للحرارة، مما يحدّ من استخدامه في الأجهزة التي تولد حرارة عالية مثل الهواتف الذكية وأجهزة الحاسوب والخوادم العملاقة. فعندما ترتفع حرارة المعالجات، تبطئ الأجهزة عملها أو تتوقف تمامًا لحماية نفسها. ولحل هذه المعضلة، عادةً ما يلجأ المصنعون إلى استخدام معادن مثل الألمنيوم أو النحاس لنقل الحرارة بعيدًا عن الأجزاء الحساسة. ولكن هذه المعادن ثقيلة ويمكن أن تعيق التصميمات الحديثة، أما البلاستيك فيعيق نقل الحرارة بعيدا، ومن ثم يرفع من حرارة تلك الأجزاء الحساسة. حل مبتكر المادة الجديدة تقدم حلاً مبتكرًا، حيث تمكن الباحثون من صنع بلاستيك موصل للحرارة وفي نفس الوقت عازل للكهرباء. وهذا يعني أنه يمكن استخدامه لتبريد المكونات الإلكترونية دون خوف من حدوث دوائر كهربائية قصيرة، كما أنه لا يحجب إشارات الراديو أو شبكات الجيل الخامس، مما يجعله مثالياً لأجهزة الاتصالات الحديثة. وقد اعتمد فريق البحث على الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء بنية دقيقة بداخل البلاستيك، وزرع جزيئات سيراميكية صغيرة فيه. وبعد ذلك، استخدموا عملية تسخين خاصة لتشجيع الجسيمات على تكوين "شبكات بلورية" تربط الجسيمات ببعضها البعض، وتصنع مسارات سلسة لنقل الحرارة، وقد نتج عن ذلك بلاستيك يتمتع بقدرة على تبديد الحرارة أسرع من الفولاذ. تطبيقات واعدة وبحسب صحفي رسمي صادر من جامعة نورث ويسترن، فإن المادة الجديدة قد تُحدث ثورة في عدة صناعات: الإلكترونيات والأجهزة الذكية: يمكن استخدام البلاستيك في تبديد حرارة المعالجات داخل الهواتف وأجهزة التابلت واللابتوب. وبخلاف المعادن، وهذه المادة لا تعزل إشارات واي فاي أو شبكة الهواتف، مما يجعلها مثالياً للأجهزة المحمولة. مراكز البيانات: يساعد البلاستيك في إدارة الحرارة داخل مراكز البيانات، حيث ترتفع درجات الحرارة بسبب تشغيل آلاف الخوادم بشكل متواصل. وبفضل وزنه الخفيف وسعره المنخفض مقارنة بالمعادن، سيكون البلاستيك فعالاً في بناء أنظمة تبريد أكثر كفاءة. السيارات الكهربائية: يُستخدم البلاستيك لتبريد بطاريات السيارات الكهربائية ومنع ارتفاع حرارتها بشكل قد يؤدي إلى "الانهيار الحراري" أو حتى الاشتعال، كما يتيح تصميم سيارات أخف وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. الأجهزة العسكرية والفضائية: يمكن البلاستيك تبريد أجهزة الرادار وحساسات الطائرات بدون طيار دون التأثير على إرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية. وهو مناسب جدًا للأقمار الصناعية، حيث يلزم وجود مواد خفيفة الوزن وموصلة للحرارة. المعدات الطبية: يمكن استخدامه في تبريد الأجهزة الطبية الحساسة مثل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي أو الليزر الجراحي، حيث يُفضل تجنب المعادن بسبب تداخلها مع المجالات المغناطيسية. ويفترض أن يبدأ العلماء قريبا في تجارب على نسخ عملية من هذا البلاستيك، وإذا نجحت تلك التجارب يمكن نقله من مستوى التجارب المعملية إلى مستوى الصناعة.
الجزيرة
١١-٠٧-٢٠٢٥
- علوم
- الجزيرة
مادة كمومية ثورية تمهد الطريق لأجهزة إلكترونية أسرع ألف مرة
تخيل أن لديك مصباحا كهربائيا يحتاج إلى سلك موصل للكهرباء لكي يضيء، وآخر عازلا لمنع مرور التيار في أماكن معينة. وحتى الآن، كانت الأجهزة الإلكترونية تعتمد على مواد مختلفة لأداء هذين الدورين، ولكن فريقا بحثيا من جامعة نورث إيسترن الأميركية تمكن من تطوير مادة كمومية تستطيع التغير بين حالتي التوصيل والعزل بسرعة مذهلة، مما قد يُحدث ثورة في عالم الإلكترونيات. والمادة الكمومية نوع خاص من المواد تظهر خصائص فيزيائية غريبة وفريدة بسبب تأثيرات ميكانيكا الكم داخلها، أي أن سلوك الإلكترونات داخلها لا يتبع القوانين العادية للمواد، بل يخضع لقوانين ميكانيكا الكم، مما يؤدي إلى ظهور خواص غير معتادة مثل التوصيل الفائق، والمغناطيسية الغريبة، أو تغيرات سريعة في حالة التوصيل الكهربائي. واستخدم الباحثون بهذا الإنجاز -الذي تم الإعلان عنه في دورية"نيتشر فيزيكس"- مادة مركبة من التانتالوم والكبريت (تشتهرباسم "تاس2") وهي مركب كيميائي ينتمي لفئة المواد الثنائية الأبعاد مثل الجرافين، وتتميز بترتيب إلكتروني معقد يجعلها تتغير بين حالات مختلفة مثل الحالة المعدنية الموصلة للكهرباء، والحالة العازلة. وما قام به الباحثون في الدراسة الجديدة هو ابتكار طريقة جديدة للتحكم في هذه المادة، بحيث يمكنهم تغيير حالتها الكهربائية بسرعة وثبات عند درجات حرارة قريبة من حرارة الغرفة، وهو إنجاز لم يكن متاحا سابقا. البناء على ما سبق ويبني هذا الإنجاز على أعمال سابقة استخدمت نبضات ليزر فائقة السرعة لتغيير كيفية توصيل المواد للكهرباء بشكل مؤقت، لكن تلك التغييرات كانت تدوم لفترات قصيرة جدا وعادةً في درجات حرارة منخفضة للغاية. ولكن الباحثين يؤكدون في دراستهم أنهم تمكنوا مع المادة الكمومية المطورة من الاحتفاظ بالحالة الموصلة أو العازلة لفترات طويلة عند درجات حرارة قريبة من حرارة الغرفة، وهو ما لم يكن ممكنا سابقا. وأوضحوا أن التحويل بين التوصيل والعزل عند الحاجة يتحقق بمجرد تسليط ضوء أو استخدام حرارة معينة، مما يجعل الأجهزة الإلكترونية أصغر في الحجم وأكثر كفاءة وأسرع في الأداء. ويقول ألبرتو دي لا توري أستاذ مساعد في الفيزياء بجامعة نورث إيسترن والمؤلف الرئيسي للبحث في بيان نشره موقع الجامعة "هذا الاكتشاف يفتح الباب أمام تطوير أجهزة حاسوب وهواتف ذكية أسرع كثيرا، حيث يمكن التحكم في تدفق الكهرباء في المادة بسرعة تقارب سرعة الضوء، مما يعني أداء غير مسبوق ينقل سرعة المعالجات من غيغاهيرتز إلى تيراهيرتز، مما يجعل الحواسيب أسرع بألف مرة". ويضيف أن "هذه الخطوة تمثل بداية عصر جديد في عالم الإلكترونيات، قد يحل محل تكنولوجيا السيليكون الحالية ويغير شكل الأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها يوميا".
البيان
٢١-٠٦-٢٠٢٥
- صحة
- البيان
علماء يكتشفون آلية جينية تساعد على استعادة الأطراف المفقودة
كشفت دراسة حديثة -أجراها فريق بحثي بقيادة عالم الأحياء جيمس موناغان من جامعة نورث إيسترن الأمريكية ونُشرت في مجلة Nature Communications- عن آلية جزيئية تكمن وراء تجديد الأطراف مستلهما ذلك من قدرة حيوان "أكسولوتل" -وهو نوع من السلمندر المكسيكي- على إعادة نمو أطرافه المفقودة بالكامل خلال أسابيع قليلة. ولتتبع العمليات الخلوية التي تحدث بعد بتر الأطراف، عدّل الباحثون التركيب الجيني لحيوان الأكسولوتل لجعل خلاياه متوهجة في الظلام، مما أتاح لهم اكتشاف الدور المحوري لحمض الريتينويك (المشتق من فيتامين أ) الذي يُستخدم بشكل شائع في مستحضرات التجميل. حيث يُوجِّه هذا الحمض الجسم لتحديد الجزء المطلوب تجديده، سواء كان إصبعا أو يدا أو طرفا كاملا. ويتمتع الأكسولوتل بتركيز طبيعي متدرج لحمض الريتينويك، وهو أعلى عند الكتف ويتناقص نحو أطراف الأصابع، مما يضمن إعادة التشكيل الدقيق. وفي التجارب، أدت الزيادة الاصطناعية في الحمض إلى نمو أطراف زائدة. كما اكتشف الفريق تنشيط الحمض للجين "Shox" (الموجود لدى البشر أيضا) المسؤول عن نمو الأطراف. وعند إزالته باستخدام تقنية CRISPR-Cas9، نَمَت أذرع الأكسولوتل قصيرة بشكل شاذ.
الجزيرة
٢٠-٠٦-٢٠٢٥
- علوم
- الجزيرة
البلاستيك يتغلغل في كل طبقات المحيطات وأعماقها
كشف مسح محيطي استمر عشر سنوات، وشمل 1885 نقطة بحرية، عن وجود طبقة من البلاستيك تنتشر عبر جميع طبقات المحيط الأطلسي الشمالي والأحواض المجاورة، ما يشير إلى مدى تغلغل التلوث البلاستيكي. وتشير النتائج التي نشرت في مجلة "نيتشر" إلى أن التلوث البلاستيكي يتغلغل في أعماق أكبر بكثير مما أشارت إليه الدراسات السابقة. ووصف علماء البحار بجامعة نورث إيسترن، الذين أعدوا الدراسة ما يُعرف بـ"ضباب دخاني خفيف" مكوّن من شظايا وألياف صناعية دقيقة، أرقّ بكثير من شعرة الإنسان. تتحرك هذه الجسيمات مع التيارات، وتختلط عموديا، ثم تستقر ببطء في قاع البحر. وركزت الدراسات السابقة على بقع النفايات السطحية، حيث تتجمع المواد البلاستيكية بسبب التيارات الدوارة. إلا أن المسح الجديد يظهر أن ديناميكيات هذه التيارات لا تقتصر على السطح فقط، بل تمتد إلى الأعماق. وقال المؤلف الرئيسي للدراسة، آرون ستابينز، وعالم البحار في جامعة نورث إيسترن: "هناك تراكمات على السطح، لكن نفس العمليات تؤدي إلى تراكمات تحت الدوامات، في نوع من العدسات العمودية". واعتمدت الدراسة على دمج بيانات من شبكات العوالق، والترشيح المباشر، ومصايد الرواسب، جُمعت خلال الفترة من 2014 إلى 2024. وتمت معظم عمليات الرصد في ممرات الشحن البحرية المزدحمة، وعلى الهوامش الساحلية في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، وهي مناطق معروفة بسوء إدارة النفايات. وقال ستابينز: "إن البلاستيك موجود في كل مكان تقريبا. ونجده في القارة القطبية الجنوبية، وجبال هيمالايا، وحتى في أعماق المحيط". أخطر من التلوث في حين أن البوليمرات الطافية مثل "البولي إيثيلين" و"البولي بروبيلين" تبقى على السطح، فمن المفترض أن تغرق المواد البلاستيكية الأكثر كثافة بسرعة نحو القاع، مثل "البولي إيثيلين تيريفثالات" (PET) المستخدم في زجاجات المياه، لكن الدراسة وجدت هذا النوع من البلاستيك في أعماق متعددة. ويشير ستابينز إلى أنه عندما تصبح الجسيمات متناهية الصغر، فإن كثافتها تصبح أقل أهمية من مقاومة حركته، أي أن التآكل والتعرض للأشعة فوق البنفسجية والهجوم الميكروبي يؤدي إلى تفتيت الجزيئات إلى قطع يقل حجمها عن 100 ميكرون، مما يسمح للتيارات المضطربة بإبقائها عالقة في المياه فترات طويلة. وكشفت الدراسة أيضا، أن تركيز الجسيمات البلاستيكية الدقيقة بلغ ذروته عند أحجام تقل عن 20 ميكرونا، وهي جسيمات تتصرف تقريبا مثل الغبار المعدني في الهواء وتشتت الضوء، وتمتص الملوثات، وتُستهلَك بسهولة. وتشكّل العوالق الصغيرة قاعدة السلسلة الغذائية في المحيطات، وتُغذّي كل شيء من اليرقات السمكية إلى الحيتان. وتُظهر الدراسات أن القشريات والكريليات (تشبه الروبيان لا يتجاوز حجمها سنتيمترين)، تبتلع الجسيمات البلاستيكية ظنا منها أنها طحالب مغذية. وفي هذا السياق يقول ستابينز: "ربما تتغذى الكائنات البحرية على هذه الجسيمات، ومعها المواد السامة التي تلتصق بها، ما يؤدي إلى تراكمها في أنسجة الأسماك التي يستهلكها البشر لاحقا". وتفيد الدراسة -التي نقلها موقع المستقبل الأخضر- أن جزيئات البلاستيك تعمل كطوافات تحمل الملوثات العضوية والمعادن الثقيلة والميكروبات الضارة، ما يزيد من خطر انتقالها عبر السلسلة الغذائية. ولا يؤدي البلاستيك إلى التلوث فقط، بل قد يؤثر أيضا على قدرة المحيط على امتصاص الكربون. فالمحيطات تمتص نحو ربع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السنوية الناتجة عن النشاط البشري، وقد يُقلل البلاستيك من قدرة المحيط على امتصاص ثاني أكسيد الكربون. وفي حين أن توثيق النفايات السطحية سهل نسبيا عبر الأقمار الصناعية والطائرات المسيّرة، فإن رصد الجسيمات الدقيقة في الأعماق يتطلب معدات متطورة وبروتوكولات دقيقة. ويدعو فريق الدراسة إلى جهد دولي لتوحيد طرق أخذ العينات وتحليل الجسيمات، مما يساعد على رسم خريطة عالمية دقيقة للتلوث البلاستيكي. ورغم المبادرات الدولية للحد من إنتاج البلاستيك وتحسين إدارة النفايات، فإن التريليونات من الجسيمات البلاستيكية المنتشرة حاليًا ستستمر في الدوران والغرق والتفتت عقودا قادمة، حتى لو توقف التصريف العالمي اليوم. وتشير بعض الدراسات إلى كتلة يتراوح حجمها بين 470 ألف طن من البلاستيك و540 ألف طن ينتهي بها المطاف في المحيطات كل عام، بينما لا يتم تدوير سوى 9% من الإنتاج العالمي من البلاستيك.
CNN عربية
١٦-٠٦-٢٠٢٥
- صحة
- CNN عربية
كائن صغير متوهج يمنح العلماء مفتاحًا لفهم سر تجدد الأطراف
دبي، الإمارات العربية المتحدة (CNN)-- منح كائن صغير بخياشيم متموجة، وبشرة خضراء متوهجة العلماء دليلًا كبيرًا لحل واحدة من أكبر أسرار البيولوجيا، أي تجدّد الأطراف. يُعرف السمندل المائي، المعروف باسم "أكسولوتل"، بقدرته غير العادية لإعادة نمو الأطراف المفقودة الناجمة عن الإصابة أو البتر. الآن، كشف الباحثون المزيد عن العملية المعقدة وراء هذه القدرة الخارقة في دراسة جديدة نُشرت الثلاثاء في مجلة "Nature Communications". قال كبير الباحثين في الدراسة وأستاذ علم الأحياء ومدير معهد التصوير الكيميائي للأنظمة الحية في جامعة "نورث إيسترن" بأمريكا، جيمس موناجان: "لطالما كان السؤال القائم منذ فترة طويلة في هذا المجال هو: ما هي الإشارات التي تُرشد الخلايا في موقع الإصابة إلى إعادة نمو اليد فقط، على سبيل المثال، أو إلى إعادة نمو الذراع بالكامل"؟ بيّنت دراسة أن مادة تُدعى حمض الريتينويك، والتي توجد عادة في علاجات حب الشباب التي تحتوي على الريتينول، هي المسؤولة عن إرسال الإشارات للخلايا المصابة في السمندل المائي حول أجزاء الجسم المفقودة وإعادة تكوينها. أوضح موناجان أنّ حمض الريتينويك مهم في نمو الأجنة البشرية أيضًا، إذ يُرشد الخلايا إلى أماكن نمو الرأس، والقدمين. لكن لسببٍ غير معروف، تفقد غالبية خلايا الجسم القدرة على "الاستماع" لإشارات الجزيء التجديدية أثناء وجودها في الرحم. رأى موناجان أنّ دراسة وظيفة إشارات حمض الريتينويك في هذه البرمائيات، قد تساعد في تطوير طرق جديدة للشفاء والعلاجات الجينية للبشر.لا يتوهج سمندل الماء في الظلام بشكل طبيعي. لرصد إشارات حمض الريتينويك، استخدم فريق موناجان سمندل ماء مُعدّل وراثيًا يُصدر ضوءًا أخضر فلوريًا كلما كان الجزيء يُنشِّط الخلايا المصابة.حقن الفريق كميات زائدة من حمض الريتينويك في أجسام السمندل لمراقبة تأثيره، حيث كان الكائن ينمو أكثر مما يحتاجه في موقع البتر، مستبدلًا يدًا بذراع كاملة. لفهم كيفية استخدام السمندل لمستوياته الطبيعية من حمض الريتينويك لتجديد أطرافه بشكلٍ أفضل، غيّر موناجان وفريقه النهج الذي يعتمدونه. شرح موناجان: "اكتشفنا أن هناك إنزيمًا واحدًا مسؤول عن تكسير حمض الريتينويك في أجسام (السمندل)". وأضاف: "هذا أمر مثير حقًا وأدهشنا، لأنه يوضح أنّه يتم التحكم بمستويات حمض الريتينويك (الطبيعية) عبر تحطيمها". بمعنى آخر، لا تنمو يد سمندل مصابة لتُصبح ذراعًا، ويعود ذلك جزئيًا إلى أن الإنزيم، الذي يُدعى "CYP26B1"، يمنع عملية التجديد من التفاقم، بحسبما أوضحت كاثرين ماكوسكر، وهي الأستاذة المساعدة في علم الأحياء بجامعة ماساتشوستس في أمريكا. لم تشارك ماكوسكر في الدراسة، لكنها تجري أيضًا أبحاثًا حول تجدّد أطراف السمندل.حتى الآن، لا يزال فهم هذه العلاقة في الجهاز التجديدي لسمندل الأكسولوتل جزءًا من اللغز.أوضح موناجان أنه عندما تُصاب خلايا السمندل المائي، فإنّها تمر بعملية تُسمى فقدان التمايز (dedifferentiation)، حيث تفقد "ذاكرتها" وتعود إلى الحالة الجنينية. خلال هذه الحالة الجنينية، تُركز الخلايا على توليد أطراف جديدة، ويمكنها مرة أخرى الاستماع إلى إشارات حمض الريتينويك للبناء والنمو. أمّا الخلايا البشرية، فلا تفقد التمايز عند الإصابة، لذلك لا يمكنها الاستجابة لإشارات حمض الريتينويك. بدلاً من ذلك، تتفاعل أنسجتنا مع الإصابة عن طريق التندّب، حيث تفرز كميات كبيرة من الكولاجين وتنهي العملية عند هذا الحد. لكن ماذا لو كانت هناك طريقة تُمكّن الخلايا البشرية من الاستجابة لهذه الأوامر لبناء الأطراف من جديد؟ قال موناجان: "هذا السؤال بالغ الأهمية عندما يتعلق الأمر بالعلاج الجيني، لأننا ربما لا نحتاج إلى إضافة جينات أو إزالة جينات لتحفيز التجدد لدى البشر، بل يمكننا ببساطة تفعيل الجينات المناسبة في الوقت المناسب، أو إيقافها في الوقت المناسب". وجد ماكوسكر أنّ تجدد الأطراف لدى البشر لا يزال على الأرجح أمرًا بعيد المنال، لكن بمجرّد أن يفهم العلماء المزيد عن آلية إشارات حمض الريتينويك، فقد تساعد التكنولوجيا في إعادة هذه القدرة التجديدية إلى الخلايا البشرية، ما يساهم في شفاء الجروح ومنع التندّب.
