جنرال لواء

مستشعر تكنولوجيا النانو الجديد يحول الجزيئات الفريدة إلى رموز شريطية


يقترب الباحثون الآن خطوة واحدة من اكتشاف المواد على نطاق واسع المستند إلى الصور بفضل الذكاء الاصطناعي. ابتكر فريق من Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) طريقة لاكتشاف وتحليل الجزيئات بدون معدات ضخمة بفضل مستشعر تكنولوجيا النانو.

دعا أجهزة استشعار صغيرة ميتابكسل الجلوس على سطح الجهاز ، وينتج النظام رمز شريطي فريد لكل جسيم يسقط على السطح. يمكن بعد ذلك تحليل الرموز الشريطية على نطاق واسع وترتيبها باستخدام نظام التعرف على أنماط الذكاء الاصطناعي والشبكات العصبية الاصطناعية.

للجزيئات العضوية اهتزازات محددة في روابطها الكيميائية ، وتؤثر تلك الأنماط الاهتزازية الفريدة على طريقة امتصاص الجسيمات للضوء. في السابق ، كانت إحدى الطرق الوحيدة لتحديد تلك التوقيعات الفريدة من خلال التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء. يحدد التحليل الطيفي ما إذا كان جزيء معين متاحًا في عينة ما إذا كانت العينة تستوعب أشعة الضوء عند ترددات الجزيئات. في حين أن هذه التكنولوجيا كانت دقيقة ، إلا أنها تتطلب أدوات معملية كبيرة وبسعر مرتفع.

يعمل مستشعر التكنولوجيا النانوية على تقليص قوة وكفاءة مقياس الطيف الهائل إلى مقياس فائق الصغر.

قال هاتيس ألتوج ، رئيس مختبر الأنظمة BioNanoPhotonic في EPFL والمؤلف المشارك للدراسة: "الجزيئات التي نريد اكتشافها هي مقاييس نانومترية ، لذا فإن سد فجوة الحجم هذه خطوة أساسية".

تتكيف metapixels في EPFL وتتكيف مع كيفية تفاعل الجزيء مع الضوء عندما يتلامس مع سطح المستشعر.

قال أندرياس تيتل ، المؤلف الرئيسي للدراسة ، "الأهم من ذلك ، أن الميتابيكسلات مرتبة بطريقة يتم فيها تعيين ترددات اهتزازية مختلفة لمناطق مختلفة على السطح".

استخدم فريق EPFL بالفعل metapixels للكشف عن المبيدات الحشرية والمركبات العضوية داخل عينة أكبر وأكثر تعقيدًا.

"بفضل الخصائص البصرية الفريدة لأجهزة الاستشعار الخاصة بنا ، يمكننا إنشاء رموز شريطية حتى مع مصادر الضوء وأجهزة الكشف ذات النطاق العريض."

قال ألكساندرس ليتيس ، أحد المؤلفين المشاركين في الدراسة: "بفضل الخصائص البصرية الفريدة لأجهزة الاستشعار ، يمكننا إنشاء رموز شريطية حتى مع مصادر الضوء وأجهزة الكشف ذات النطاق العريض".

يعد هذا التطوير الفريد بمثابة حل فعال من حيث التكلفة للبحث في الفيزياء وتكنولوجيا النانو وحتى البيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي. يمكن استخدام تطبيقات تقنية النانو خارج النطاق التقليدي حتى لما توقعه باحثو EFPL.

قال دراغومير نيشيف Dragomir Neshev ، وهو مؤلف مشارك آخر في الدراسة: "على سبيل المثال ، يمكن استخدامه لصنع أجهزة اختبار طبية محمولة تولد رموز شريطية لكل من المؤشرات الحيوية الموجودة في عينة الدم".

أبعد من ذلك ، يمكن إقران الذكاء الاصطناعي بتقنية النانو من أجل معالجة مكتبة كاملة من الرموز الشريطية الجزيئية الخاصة بأي مركب معين. يمكن أن يساعد ذلك في تصنيف البروتينات والحمض النووي إلى بوليمرات ومواد كيميائية غذائية أخرى. وهذا من شأنه أن يعطي علماء الأحياء والمهندسين الكيميائيين أداة لاكتشاف حتى تتبع كميات من مركبات معينة بسرعة وإيجاز في عينات كبيرة أو معقدة.

تم نشر البحث كاملاً باللغة علم.


شاهد الفيديو: كيمياء 1 ث 05 كيمياء النانو وتطبيقات النانو تكنولوجي (شهر نوفمبر 2021).