ابتكر الباحثون مجهرا كميا يمكنه رؤية المستحيل! - Lebanon news - أخبار لبنان
Connect with us
[adrotate group="1"]

صحة

ابتكر الباحثون مجهرا كميا يمكنه رؤية المستحيل!

لربما شاهدتَ صورًا لعلماءٍ يحدقون عبر المجهر وينظرون إلى أشياءٍ غير مرئيةٍ بالعين المجردة. في الواقع، لا غنى عن المجاهر لفهمنا للحياة. فلا غنى عنها في التكنولوجيا الحيوية والطب، فمثلًا في استجابتنا لأمراضٍ مثل فيروس كورونا COVID-19. ومع ذلك، فإن أفضل المجاهر الضوئية قد اصطدمت بحاجزٍ أساسي حيث أشعة الليزر الساطع المستخدم لرؤية الأحياء الدقيقة…

Published

on

ابتكر-الباحثون-مجهرا-كميا-يمكنه-رؤية-المستحيل!

لربما شاهدتَ صورًا لعلماءٍ يحدقون عبر المجهر وينظرون إلى أشياءٍ غير مرئيةٍ بالعين المجردة. في الواقع، لا غنى عن المجاهر لفهمنا للحياة. فلا غنى عنها في التكنولوجيا الحيوية والطب، فمثلًا في استجابتنا لأمراضٍ مثل فيروس كورونا COVID-19. ومع ذلك، فإن أفضل المجاهر الضوئية قد اصطدمت بحاجزٍ أساسي حيث أشعة الليزر الساطع المستخدم لرؤية الأحياء الدقيقة مثل الخلية يمكن أن تُدمر تلك الخلية أيضًا. كون الأنظمة البيولوجية الهشة مثل الخلية البشرية لا يمكنها أن تعيش إلا لفترةٍ قصيرةٍ تحت تأثير هذه الأشعة وهذا يمثل عقبة رئيسية.

أظهر فريقٌ من الباحثين الأستراليين والألمان في بحثٍ نُشر على دورية Nature في 10 يونيو/حزيران، أن تقنيات الكم تُقدم حلًا لتلك المشكلة. لقد ابتكروا مجهرًا كميًا Quantum Microscope يمكنهم فحص العينات البيولوجية برفق، مما سمح للباحثين بمراقبة الهياكل البيولوجية التي كان من المستحيل رؤيتها لولا ذلك. يعد إنشاء مجهرٍ مقاومٍ للتلف مثل المجهر الكمي علامةٌ فارقة طال انتظارها في خطط مستقبل تكنولوجيا الكم. حيث يمثل خطوةً أولى في حقبة جديدة مثيرة للفحص المجهري ولتكنولوجيات الاستشعار على نطاق أوسع.

مشكلة مجاهر الليزر

للمجاهرِ تاريخٌ طويل، يُعتقد أنها أختُرِعَت لأولِ مرةٍ من قبل صانع العدسات الهولندي زكريا يانسن Zacharias Janssen في مطلع القرن السابعَ عشر. ولربما استخدمهم لتزوير العملات المعدنية. أدت هذه البداية المتقنة إلى اكتشاف البكتيريا والخلايا وجميع الأحياء الدقيقة بشكلٍ أساسيٍ كما نفهمها الآن. قدم الاختراع الأحدث لليزر نوعًا جديدًا مكثفًا من الأشعة، مما فتح نهجًا جديدًا كاملًا للفحص المجهري. تسمح لنا مجاهر الليزر برؤية عالم الأحياء الدقيقة بتفاصيلٍ رائعةٍ حقًا، أصغر بـ 10000 مرة من سماكة شعرة الإنسان. لقد نال مبتكروه على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2014، وغيروا فهمنا للخلايا والجزيئات مثل الحمض النووي داخل الخلية.

ومع ذلك، تواجه مجاهر الليزر مشكلة كبيرة. حيث أن الجودة التي تجعلها ناجحةً، شدتها هي أيضًا نقطة ضعفها. تستخدم أفضل مجاهر الليزر ضوءًا أكثر سطوعًا بمليارات المرات من ضوء الشمس على الأرض. قد يتسبب هذا في حروقٍ شمسبةٍ خطيرة كما قد تتخيل، يمكن أن تتأثر العينات البيولوجية في مجهر الليزر أو تموت في ثوانٍ. يمكنك أن ترى هذا يحدث فعليًا كما يُظهرالفيديو أدناه، التقطهُ عضوٌ من الفريق البحثي مايكل تايلور Michael Taylor.

يقدم التأثير الشبحي عن بعد، حلًا

المجهر الكمي يتجنب هذه المشكلة. يعمل المجهر بواسطة ظاهرة التشابك الكمومي Quantum Entanglement، وهو تأثير وصفه أينشتاين Einstein بأنه «التأثير الشبحي عن بعد Spooky Interactions at a Distance». التشابك هو نوع غير عادي من الارتباط بين الجسيمات، في حالة المجهر الكمي يكون الارتباط بين الفوتونات التي تشكل شعاع ليزر. يستخدم الليزر لجعل الفوتونات التي تترك المجهر تتصرف بنفسها، وتصل إلى الكاشف بطريقة منظمة للغاية. وهذا بدورهِ يُقلل من الضوضاء، بينما تحتاج المجاهر الأخرى إلى زيادة شدة الليزر لتحسين وضوح الصور.

صورة المجهر الكمي ومن خلال تقليل الضوضاء قادرٌ على تحسين الوضوح دون القيام بذلك. بدلًا من ذلك، يمكن استخدام ليزر أقل كثافة وسطوع لإنتاج نفس أداء المجهر الليزري (الضوئي). كان التحدي الرئيسي هو إنتاج تشابك كمي يُكافئ سطوع مجهر الليزر. لقد فعلوا ذلك من خلال تركيز الفوتونات في نبضاتٍ ليزرية في فتراتٍ لا يتجاوز طولها بضعة أجزاءٍ من المليار من الثانية. أنتج هذا تشابكًا كان أكثر سطوعًا بـ 1000 مليار مرةٍ مما استُخدِمَ سابقًا في التصوير المجهري.

قَدَمَت أشعة الليزر المتشابكة عند استخدام التشابك في المجهر، وضوحًا للصورة أفضل بنسبة 35% مما كان ممكنًا دون إتلاف العينة. استخدموا المجهر لتصوير اهتزازات الجزيئات داخل خلية حية. سمح لنا هذا برؤية الهيكل التفصيلي الذي كان يمكن أن يكون غير مرئي باستخدام الأساليب التقليدية، يمكنك رؤية التحسن كما يظهر في الصور أدناه.

تُظهر هذه الصور الملتقطة بالمجهر اهتزازات جزيئية داخل جزء من خلية الخميرة Yeast cell. تُستخدم الصورة على اليسار التشابك الكمي، بينما تستخدم الصورة على اليمين أشعة الليزر التقليدية. وكما يظهر فإن الصورة الكمومية تكون أكثر وضوحًا، حيث تكون المناطق التي يُخزن فيها الدهون داخل الخلية (النقط المظلمة) وجدار الخلية (البنية شبه الدائرية) أكثر وضوحًا.

مثال على التحسين الكمي ممكن مع المجهر الكمي. بواسطة: وارويك بوين، جامعة كوينزلاند

نحو تطبيقات تقنيات الاستشعار الكمي

من المتوقع أن يكون لتقنيات الكم تطبيقاتٍ ثوريةٍ في الحوسبة والاتصالات والاستشعار. تقدر هيئة البحوث الأسترالية (CSIRO) إنها ستخلق صناعةً عالمية بقيمة 86 مليار دولار أسترالي بحلول عام 2040، حيثُ يدعم التشابك الكمي العديد من هذه التطبيقات. يتمثل التحدي الرئيسي للباحثين في تكنولوجيا الكم في إظهار أنها تقدم مزايا مطلقة مقارنةً بالطرق الحالية.

يُستخدم التشابك بالفعل من قبل المؤسسات المالية والهيئات الحكومية للتواصل مع ضمان الأمان. كما يستخدم أيضًا كقلب لأجهزة الحوسبة الكمومية، والتي أظهرت جوجل Google في عام 2019 أن بإمكانها إجراء حسابات قد تكون مستحيلةً مع أجهزة الكمبيوتر التقليدية الحالية. المستشعرات الكمية هي آخر قطعة في هذا اللغز. من المتوقع أن تحسن المستشعرات إلى حدٍ كبير كل جانب من جوانب رؤيتنا للعالم، من التنقل الأفضل إلى الرعاية الصحية والتشخيص الطبي الأفضل.

منذ حوالي عام استُخدِمَ التشابك الكمومي في مراصد الموجات الثقالية على نطاق مسافة قدرها كيلومتر. هذا سمح للعلماء باكتشاف الأجسام الضخمة البعيدة في الفضاء. يُظهر عمل المجهر الكمي أن التشابك يمكن أن يوفر ميزة استشعار مطلقة بمقاييس الحجم الاعتيادية وفي التقنيات السائدة. قد يكون لهذا تداعيات كبيرة ليس فقط للفحص المجهري، ولكن أيضًا للعديد من التطبيقات الأخرى مثل نظام تحديد المواقع العالمي والرادار والملاحة.

وارويك بوين Warwick Bowen متحدثًا، البروفيسور من مختبر البصريات الكمومية في جامعة كوينزلاند ومركز ARC للتميز لأنظمة الكم الهندسية (EQUS).

Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

code

صحة

رحلة البحث عن الفضائيين

يتناول كتاب “رحلة البحث عن الفضائيين” لمؤلفه م. محمد محمود الصديقي “علم الأحياء الفلكية” وهو علم تطور بتطور العلوم الحديثة الفلك والفيزياء والأحياء، وهي العلوم التي أسهمت في وصول الإنسان عبر المركبات الفضائية إلى الفضاء. وبناءً على ما تقدم يتساءل مؤلف الكتاب عن إمكانية وجود حياة أخرى خارج كوكب الأرض في هذا الفضاء الواسع، ويرتكز…

Published

on

By

رحلة-البحث-عن-الفضائيين

shadow

يتناول كتاب “رحلة البحث عن الفضائيين” لمؤلفه م. محمد محمود الصديقي “علم الأحياء الفلكية” وهو علم تطور بتطور العلوم الحديثة الفلك والفيزياء والأحياء، وهي العلوم التي أسهمت في وصول الإنسان عبر المركبات الفضائية إلى الفضاء.

وبناءً على ما تقدم يتساءل مؤلف الكتاب عن إمكانية وجود حياة أخرى خارج كوكب الأرض في هذا الفضاء الواسع، ويرتكز في مقاربته على فرضيات علمية ما يزال العلماء يحاولون برهنتها بالعلم والتجربة والتي يتم فيها إثارة بعض الأسئلة من قبيل: هل نحن وحيدون في هذا الكون؟ ولماذا نحن وحيدون؟ وما الذي يميز كوكب الأرض عن بقية الكواكب ليتفرد بوجود الحياة عليه؟ وما هي الظروف التي وُجدت على كوكب الأرض لتسمح بنشوء الحياة ولم توجد في الكواكب الأخرى؟ وهل هناك حياة أخرى في الفضاء؟

وللإجابة عن هذه الأسئلة وغيرها يستعرض الكتاب تاريخ الأحياء الفلكية في محورين: الأول (الأحياء) ويبحث عن أصل الحياة والخلايا والأماكن التي ظهرت عليها الحياة وظروف ودلائل الحياة البدائية “الأحافير والتوقيعات الكيمائية المحفوظة في السجل الجيولوجي” و”الستروماتوليت” وغيرها من الدلائل كما يكشف عن الحياة متعددة الخلايا التي توجد في كوكب الأرض. أما المحور الثاني فجاء بعنوان (الفضاء) ويبحث في أصل الفيروسات وهل أصلها يرجع إلى الفضاء؟ ثم يكشف عن كوكب المريخ والكواكب والأقمار التي قد تدعم الحياة. ويعرض “معادلة دريك” ويبين أهميتها لتقدير أعداد الحضارات التواصلية في المجرة وتشكيل الظروف الصالحة للسكن على كواكب أخرى. كما يزودنا بمعلومات عن قيام العلماء بالتواصل مع الحضارات الأخرى من خلال المركبتان الفضائيتان فوياجر 1 وفوياجر 2 وما احتوته اللوحة الشهيرة داخلها من معلومات عن كوكب الأرض تقدمها للكائنات الفضائية… ومعلومات أخرى ذات صلة.

تأليف: م. محمد محمود الصديقي

الفئة: علوم

المقاس: 14.5× 21.5 سنتم

عدد الصفحات: 120

الناشر: الدار العربية للعلوم ناشرون

ردمك: 978-614-01-3227-6

Continue Reading

صحة

كيف تشكلت المحيطات وما مصدر كل هذا الماء على سطح الأرض؟

مساحة المحيطات على الأرض أكبر من مساحة اليابسة بالطبع وهناك أيضًا الكثير من المياه المحبوسة على شكل جليد في القطبين الشمالي والجنوبي. ما مصدر كل هذه المياه؟ سؤال رائع أليس كذلك! ظل العلماء يطرحون هذا السؤال لفترة طويلة وما زلنا غير متأكدين تمامًا في الواقع ولكن قد يكون أصل الماء من مصدرين مختلفين. لنبدأ أولًا…

Published

on

By

كيف-تشكلت-المحيطات-وما-مصدر-كل-هذا-الماء-على-سطح-الأرض؟

مساحة المحيطات على الأرض أكبر من مساحة اليابسة بالطبع وهناك أيضًا الكثير من المياه المحبوسة على شكل جليد في القطبين الشمالي والجنوبي. ما مصدر كل هذه المياه؟ سؤال رائع أليس كذلك! ظل العلماء يطرحون هذا السؤال لفترة طويلة وما زلنا غير متأكدين تمامًا في الواقع ولكن قد يكون أصل الماء من مصدرين مختلفين.

لنبدأ أولًا بكيفية تشكل الأرض والكواكب الأخرى

بدايةً كانت هناك سحابة ضخمة من الغبار والصخور في الكون تقلصت هذه السحابة بعد ذلك بسبب الجاذبية مكونة الشمس والكواكب تدريجيًا.

كان التراب والصخر الأصلي يتكون من معادن تحتوي على الماء بداخلها كما كانت الأرض شديدة الحرارة في أثناء تشكلها إضافةً لوجود الكثير من البراكين في جوفها مما أدى الى انصهارها. شكّل الماء الكامن في الصخور بخارًا وانبثق من البراكين على شكل غيوم عملاقة سرعان مابردت وأمطرت ماءً بعد ذلك. وتعتبر هذه الظاهرة أول مصدر لجزء من الماء الذي نعرفه حاليًا.

احتوت السحابة الأصلية المكونة من الغبار والصخور الكثير من القطع الصخرية المتشكلة من الجليد تمامًا ككرات الثلج العملاقة ولا تزال الكثير من هذه القطع تدور حول الشمس وتسمى المذنبات، وقد وجد المليارات منها عندما كانت الكواكب تتشكل كما أن عدد كبير منها على تحطم وذاب عند اصطدامه بالأرض محررًا المياه التي كانت بداخله وهذا هو المصدر الثاني لبقية المياه.

السؤال المطروح هو كيف تشكل الماء في الكون في المقام الأول؟ سؤال مهم جدًا ولكن سنجيب عنه في مناسبة أخرى أما الإجابة المختصرة هي: يتكون الماء من ذرات الهيدروجين والأكسجين والذرات هي اللبنات الأساسية الصغيرة للكون (بما في ذلك أنت وأنا).

تشكلت ذرات الهيدروجين في الماء في الانفجار العظيم الذي يعتبر نشأة الكون ثم تشكلت ذرات الأكسجين بعد ذلك في النجوم ومن ثم اجتمعت الذرتان (الهيدروجين والأكسجين) وتشكل الماء نتيجة لذلك.

إن هذا الماء على سطح الأرض قديم وثمين فلنعتني به.

Continue Reading

صحة

وفاة امرأة في الولايات المتحدة الأمريكية بعد إصابتها ببكتيريا مقاومة ل26 مضادًا حيويًا!

في العام الماضي، لم يتمكن الأطباء في الولايات المتحدة الأمريكية من علاج مريضة مصابة بسلالة بكتيرية كانت مقاومة ل26 نوعًا مختلفًا من المضادات الحيوية. بعد إخضاع البكتيريا لفحوصات متعددة، وجد الأطباء أنها مقاومة لجميع الأدوية المضادة للميكروبات المتوفرة، ولسوء الحظ توفيت المريضة البالغة من العمر 70 عامًا جراء العدوى. ذكر تقرير مفصل -صدر حديثًا عن…

Published

on

By

وفاة-امرأة-في-الولايات-المتحدة-الأمريكية-بعد-إصابتها-ببكتيريا-مقاومة-ل26-مضادًا-حيويًا!

في العام الماضي، لم يتمكن الأطباء في الولايات المتحدة الأمريكية من علاج مريضة مصابة بسلالة بكتيرية كانت مقاومة ل26 نوعًا مختلفًا من المضادات الحيوية. بعد إخضاع البكتيريا لفحوصات متعددة، وجد الأطباء أنها مقاومة لجميع الأدوية المضادة للميكروبات المتوفرة، ولسوء الحظ توفيت المريضة البالغة من العمر 70 عامًا جراء العدوى.

ذكر تقرير مفصل -صدر حديثًا عن مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها- سلط الضوء على الخطر الأكبر الذي يتهدد الصحة العامة العالمية جراء ظهور بكتيريا شديدة المقاومة: أدخلت المرأة الواردة في التقرير في البداية إلى مستشفى في رينو بولاية نيفادا، بعد عودتها من رحلة طويلة إلى الهند، وكانت مصابة بتورم ملوث في وركها الأيمن.

بعد أن أجرى الأطباء الفحوصات، اكتشفوا أنها مصابة بنوع من البكتيريا المعوية المقاومة للكاربابينيم Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae والمعروفة باسم كليبسيلا نيمونيا Klepsiella pneumonia. تعيش هذه البكتيريا في القناة الهضمية دون التسبب بأي مشاكل في العادة، وتعتبر انتهازية في طريقة العدوى. ويبدو في حالة المرأة الواردة في التقرير الأخير، أن العدوى دخلت الى العظم وانتشرت في الورك بعد إصابة المرأة بكسر في عظم الفخذ في الهند.

بحلول الوقت الذي وصلت فيه إلى المستشفى في رينو، انتشرت العدوى مسببة التهابات في جميع أنحاء جسدها، لأن جهازها المناعي حاول التصدي للسلالة الفتاكة. لكن بعد مجموعة من الاختبارات، وجِدَ أنها مقاومة لجميع المضادات الحيوية المتاحة حاليًا للاستخدام في الولايات المتحدة الأمريكية. في نهاية المطاف استسلمت المريضة لصدمة إنتانية (تعفن الدم) وتوفيت.

من غير المرجح أن المرأة أصيبت بالبكتيريا شديدة المقاومة في الولايات المتحدة الأمريكية، قياسًا بالوقت الذي قضته في الهند، والفترة التي قضتها هناك في المستشفى في العامين الماضيين. يشير مؤلفو التقرير إلى أنها ربما التقطت العدوى في الخارج. فقد أصبحت «الجراثيم الخارقة» شائعة بشكل متزايد في الهند، ومع سهولة السفر النسبية، تزايد خطر انتشار البكتيريا أيضًا.

يوصي التقرير أن يولي الممارسون الطبيون مزيدًا من الاهتمام بالمكان الذي قد يكون المرضى عولجوا فيه سابقًا، وإجراء الاختبارات وفقًا لذلك. يجدر الإشارة إلى أن هذه ليست الحالة الأولى للبكتيريا عالية المقاومة التي عثر عليها في الولايات المتحدة الأمريكية، لكنها تبقى نادرة الحدوث.

علاوة على ذلك، تلاشى اكتشاف المضادات الحيوية الجديدة على مدى العقود القليلة الماضية مع زيادة عدد السلالات المقاومة، مما دفع الكثيرين للتنبؤ أننا ندخل عصر ما بعد المضادات الحيوية.

Continue Reading
error: Content is protected !!