Andres B. Sançez Alvarado tərəfindən, Söhbət

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

İnfraqırmızı işıqla şüalandırılan nanopartikulların şüşə slayd üzərində sxematik təsviri. Partikulların səthinə yapışmış molekullar udduqları işığı gücləndirir və hətta iz miqdarında birləşmənin aşkarlanmasını təmin edir. Müəllif: Andres B. Sanchez Alvarado

ABŞ-da quruda, göllərdə və çaylarda yüzlərlə ərazi insan fəaliyyəti nəticəsində yaranan təhlükəli tullantılarla çirklənmişdir. Ətraf Mühitin Mühafizəsi Agentliyi tərəfindən Superfund yerləri kimi təyin edilən bu yerlərin çoxuna həmkarlarımın və mənim yaşadığım və işlədiyim Texas ştatının Hyuston şəhərində rast gəlmək olar.

Bu ərazilərdə mövcud olan və xərçəng riskini artıra bilən təhlükəli çirkləndiricilər – məsələn, polisiklik aromatik karbohidrogenlər və ya PAH-lar – torpaqda və suda geniş yayılmışdır. Bu çirkləndiricilərin aşkarlanması onları təmizləmək və ətraf mühitin təhlükəsizliyini təmin etmək üçün yalnız ilk addımdır.

Məsələn, EPA -nın quyudan su nümunələrini təhlil etmək üçün standart metodları ayrı bir yerdə aparılmalı və həftələrlə vaxt aparan bahalı üsulları əhatə edir .

Kimya tədqiqat qrupumuz torpaqda , suda və hətta qanda zəhərli çirkləndiriciləri aşkar etmək üçün daha əlçatan və portativ yeni metodlar hazırlayır .

Həmkarlarımla birlikdə qarışıqlardakı fərdi birləşmələri ayırmadan aşkar etmək və bu birləşmələri rəqəmsal verilənlər bazası ilə müqayisə edərək avtomatik olaraq müəyyən etmək üçün maşın öyrənmə metodlarından istifadə edirik . Maşın öyrənməsi ilə çirklənmiş ərazinin təhlilini asanlaşdıra, təhlükəli çirkləndiriciləri daha sürətli və yerində aşkarlaya bilərik ki, bu da ətraf mühitin monitorinqini daha səmərəli şəkildə həyata keçirsin.

Nanomateriallar daha həssasdır

Təsəvvür edin ki, başınızın üstündəki saç telinin ucuna baxmağa çalışırsınız. Kiçik sapın enini çətinliklə görərsiniz. İndi isə həmin saç telinin enindən 1000 dəfə kiçik bir material təsəvvür etməyə çalışın. Heç nə görməzsiniz. Tədqiqatımda təxminən bu ölçüdə olan nanopartiküllər kimi tanınan mikroskopik obyektlərdən istifadə olunur.

Bu nanopartiküllər işıqla unikal şəkildə qarşılıqlı təsir göstərir – sanki böyüdücü şüşənin günəş işığını necə fokusladığı kimi. Nanopartiküllərin yaxınlığındakı istənilən maddə bu fokuslanmış işığa məruz qalır. Biz bu xüsusiyyətdən istifadə edərək nanopartiküllərə infraqırmızı işıq şüası göndəririk ki , ətrafındakı maddələr intensiv işığı udsun və siqnal yaratsın. Siqnalı müəyyən bir tezlikdə işığın miqdarını ölçən bir cihaz olan spektrofotometrlə aşkar edə bilərik .

Nanopartikulların yaxınlığındakı istənilən zəhərli çirkləndirici, normalda olduğundan daha çox infraqırmızı işığı udacaq və bu da ölçə biləcəyimiz siqnalı gücləndirəcək. Bu proses yalnız çirkləndirici nanopartikulların səthinə yaxın olduqda baş verir. Lakin bu çirkləndiricilərin ən kiçik konsentrasiyaları belə, əgər onlar yaxınlıqdadırsa, onların gücləndirilməsi ilə aşkar edilə bilər.

Laboratoriyamızda metal duzlarının məhlullarından istifadə edərək nanohissəciklər hazırlayıram. Daha sonra onları mayedə həll edərək mürəkkəb hazırlayıram və sonra onu şüşə mikroskop lövhələrinə çəkirəm. Mürəkkəb quruduqdan sonra şüşənin səthində almaz rəsm dəstindəki muncuqlar kimi bir-birinə yığılmış nanohissəciklər qalır.

Nanopartikul rəsmi hazır olduqdan sonra, rəngli şüşənin üzərinə bir damcı çirklənmiş su əlavə edib yenidən qurumağa qoyuram. Bu proses zamanı çirkləndirici molekullar nanopartikullara yapışır. Quruduqdan sonra şüşəni spektrofotometrin içinə sürüşdürürəm və çirkləndiricilərin nanopartikullar üzərində udulan və yayılan işığı ölçürəm .

Bir birləşmənin udduğu və yaydığı işığın spesifik tezlikləri bir imza kimidir. Hər bir çirkləndiricinin suda onları müəyyən etmək üçün istifadə edə biləcəyimiz fərqli bir imzası olacaq.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Maşın öyrənməsi təhlili asanlaşdırır

Bəzən çirklənmiş suda bir çox müxtəlif birləşmələrin qarışığı olur ki, bu da təhlili çətinləşdirir. Hər bir birləşmə işığı udur və oxşar dalğa uzunluqlarını uda bilər. Bu müdaxilənin qarşısını almaq üçün elm adamları adətən hər bir birləşməni fiziki olaraq ayırmaq üçün mürəkkəb üsullardan istifadə etməlidirlər . Bu üsullar vaxt apara bilər, ona görə də komandamız bu addımı necə keçəcəyini anlamaq istədi.

Biz maşın öyrənməsindən istifadə edən xüsusi alqoritmlər hazırlayan kompüter alimləri ilə əməkdaşlıq etdik . Bu proqramlar ölçmələrimizdən məlumatları götürür və hətta ən təcrübəli analitikin belə onları görməzdən gələcəyi qədər incə nümunələr tapır.

Bu üsullar məlumatları sadələşdirə və hər bir birləşmədən ən əhəmiyyətli xüsusiyyətləri çıxara bilər. Bu fərqli xüsusiyyətlər kompüterə analizdə hər hansı fiziki ayrılma mərhələsini keçərək qarışıqda mövcud olan fərdi birləşmələri ayırd etməyə kömək edir. Kompüter alimləri bu alqoritmləri o qədər mürəkkəb edə bilərlər ki, nümunəni təhlil etməzdən əvvəl maşını öyrətməyə belə ehtiyac qalmır.

Nanopartiküllərimizdən zəhərli çirkləndirici ilə çirklənmiş suyu və ya torpağı ölçmək, məlumatları alqoritmlərə daxil etmək üçün istifadə edə bilərik və maşın ən vacib xüsusiyyətləri tapacaq və onları istinad bazası ilə uyğunlaşdıracaq. Bu analiz cəmi bir neçə saat çəkir ki, bu da standart metodlardan ən azı iki dəfə sürətli edir.

Lakin metodumuz mükəmməllikdən çox uzaqdır. Qarşılaşdığımız ən böyük çətinliklərdən biri müxtəlif çirkləndirici sinifləri üçün nanopartikulların tərkibini optimallaşdırmaqdır. Müxtəlif çirkləndiricilərin aşkarlanmasını yaxşılaşdırmaq üçün fərqli nanopartikullar tələb oluna bilər. Məlumatlardakı fərqli imzaları daha yaxından araşdırmaq üçün alqoritmi də dəyişdirməliyik.

Bu üsul, kimyəvi quruluşuna görə oxşar olan geniş çirkləndirici sinifləri üçün bir sahəni yoxlaya bilər. Daha sonra, gələcəkdə hər bir spesifik çirkləndirici molekulunu müəyyən etmək üçün müəyyən bir nanopartikül növü və daha təkmilləşdirilmiş bir model istifadə edilə bilər.

Sadələşdirilmiş təhlil işi yerinə yetirə bilər

Ətraf mühitdəki çirkləndiricilərin təhlili təhlükəli çirkləndiricilərin mövcudluğunu aşkar etməyə kömək edir və bunu səmərəli şəkildə etmək insanların onlara məruz qalmasının qarşısını ala bilər. Qrupumuzun çirkləndiriciləri aşkar etmək və məlumatları təhlil etmək üçün istifadə etdiyi üsullar digər tədqiqatçılar tərəfindən sahədə portativ cihazlarla istifadə edilmişdir . Bu portativ cihazlar hələ də standart üsullar üçün tələb olunanlardan daha ucuzdur.

Hazırda komandamız bu maşın öyrənməsi ilə təkmilləşdirilmiş metodların müxtəlif ətraf mühit kontekstlərində istifadəsini araşdırır. Çirklənmiş ərazilərdən su və hava kimi digər nümunə növlərini də təhlil etmişik. Təhlil dairəsini daha geniş təhlükəli çirkləndiricilərə genişləndirmək üzərində işləyirik.

Biz həmçinin Texas Tibb Mərkəzində toksikoloqlar və ətraf mühit mühəndisləri ilə əməkdaşlıq edirik və məqsədimiz bu texnologiyanı ətraf mühit və ictimai səhiyyə agentlikləri üçün alternativ bir metod kimi ötürməkdir.

Bu məqsədlə, spektroskopiya və maşın öyrənməsini birləşdirərək mürəkkəb nümunələri təhlil edən metodumuz üçün patent ərizəsi təqdim etdik . Komandamız hazırda bu texnologiyanın kommersiyalaşdırılmasını davam etdirməsə də, gələcəkdə bu, mümkün olacaq.

Yenə də aşkarlama ətraf mühitin təhlükəsizliyi üçün son nöqtə deyil. Təhlükəli çirkləndirici müəyyən edildikdən sonra, onu necə təmizləmək barədə qərar vermək üçün bir yer araşdırılmalıdır. Bizim məqsədimiz çirkləndiricilərin aşkarlanması və müəyyən edilməsi prosesini sadələşdirməkdir. Təhlükəli maddəni nə qədər tez aşkarlaya bilsək, gələcək tullantıların qarşısını bir o qədər tez ala və təmizləmə işlərinə başlaya bilərik.

Əsas anlayışlar

əl sahə spektroskopiyasıNanostrukturlarOptik texnikalar

The Conversation tərəfindən təqdim olunur