عبر النفق الكمومي.. شريحة ذهبية تستشعر جزءا من التريليون من الغرام
تاريخ النشر: 3rd, July 2025 GMT
تستخدم المستشعرات الحيوية البصرية الضوء كمسبار للكشف عن الجزيئات، وهي ضرورية للتشخيص الطبي الدقيق، ومراقبة البيئة، ويتحسن أداؤها بشكل كبير إذا تمكنت من تركيز الضوء حتى مقياس النانومتر، وهو مقياس صغير بما يكفي للكشف عن البروتينات أو الأحماض الأمينية.
لكن توليد الضوء وكشفه في هذه المستشعرات الحيوية يتطلب معدات ضخمة ومكلفة، مما يحد بشكل كبير من استخدامها في التشخيص السريع أو في مراكز الرعاية الصحية.
والآن، تمكن فريق بحثي بقيادة علماء من مدرسة لوزان الاتحادية للفنون التطبيقية، وهو معهد بحوث وجامعة في مدينة لوزان السويسرية، من تطوير شريحة كهربائية صغيرة (أصغر من ظفر الإصبع)، تستخدم مفهوم النفق الكمومي لاكتشاف جزيئات حيوية بدقة فائقة.
و"النفق الكمومي" هو ظاهرة غريبة في ميكانيكا الكم، تسمح لجسيم صغير (مثل إلكترون) أن يعبر من خلال حاجز لا يمكنه عبوره في الفيزياء العادية!
وعلى سبيل التبسيط، تخيّل كرة (مثل الإلكترون) أمام جدار، في الحياة العادية تحتاج الكرة أن تقفز فوق الجدار لتعبر، لكن في ميكانيكا الكم، فإن الكرة قد تظهر فجأة على الجانب الآخر من الجدار دون أن تقفز فوقه، هذا ما يُسمى "نفق كمومي"، كأن الجسيم يحفر نفقا غير مرئي ويظهر على الطرف الآخر.
وبحسب الدراسة، التي نشرها الباحثون في دورية "نيتشر فوتونيكس"، تُمرّر شحنة كهربائية صغيرة (فولتية ثابتة) عبر الشريحة، ومن ثم فإن الإلكترونات "تقفز" بشكل مفاجئ عبر حاجز زجاجي رقيق من الألومينا، إلى طبقة ذهبية، عبر ظاهرة النفق الكمومي.
خلال هذه العملية، تُنتَج فوتونات ضوئية (ضوء) من الشريحة، مما يساعد على استشعار وُجود الجزيئات على سطحها.
إعلانوبحسب الدراسة، تستطيع الشريحة الكشف عن بروتينات أو أحماض أمينية بوزن يصل إلى تريليون جزء من الغرام، يجعلها تنافس أقوى أجهزة الاستشعار الضوئية المتوفرة حاليا.
تطبيقات واسعةيفتح ذلك الباب لتطبيقات واسعة في نطاق التشخيص الطبي الفوري (كاشف الأمراض بشكل سريع ودقيق)، والكشف عن تلوثات بيئية (مواد سامة أو مخلفات صناعية)، إلى جانب استخدامات صناعية وبحثية في الرصد الحي للجزيئات، مثل تطوير الأدوية الجديدة.
ويقول إيفان سينيف، الباحث في مختبر أنظمة الفوتون الحيوي في بيان صحفي صادر من مدرسة لوزان الاتحادية للفنون التطبيقية: "يقدم عملنا مستشعرا متكاملا يجمع بين توليد الضوء والكشف، على شريحة واحدة".
ويضيف: "يأتي ذلك مع تطبيقات محتملة تتراوح من التشخيص إلى الكشف عن الملوثات البيئية، تمثل هذه التقنية آفاقا جديدة في مجال الأجهزة عالية الأداء".
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: حريات
إقرأ أيضاً:
بعد نجاح ترند الكركم.. إليك 5 تجارب منزلية تشعل فضول طفلك
من بين آلاف التجارب، ظهر أخيرا أول ترند علمي قرر الملايين حول العالم تجربته مع نشر المقاطع عبر مواقع التواصل المختلفة لوجوه الأطفال والكبار المنبهرة من أثر مسحوق الكركم حين يختلط بالماء.
تجربة أثارت فضول الكثيرين بشأن السر وراء توهج ذرات الكركم في الماء، والسبب وراء استخدام الكركم بالذات وليس أي نوع آخر من التوابل؟
اقرأ أيضا list of 2 itemslist 1 of 2"فتيات العنب" جددن الأحزان.. دفتر أحوال عمالة الأطفال بمصر مُثقل بمآسٍlist 2 of 2لماذا ينجذب الجيل "زد" إلى الأزياء القبيحة؟end of list هكذا بدأ ترند الكركملم يكن في حسبان المغنيين الهنديين أنزار وديفاي أن أغنيتهما العاطفية "ني مارانا جانام"، التي صدرت عام 2016، ستكتسب شهرة عالمية بعد سنوات من إصدارها، ليس بفضل كلماتها أو لحنها فحسب، بل بسبب تحوّل الدقيقة الأولى منها إلى خلفية موسيقية لملايين من مقاطع الفيديو المرتبطة بتجربة "الرشة السحرية"، التي عُرفت لاحقًا باسم "ترند الكركم".
فعلى منصة إنستغرام وحدها، تم استخدام المقطع الصوتي أكثر من 3 ملايين مرة، إلى جانب انتشاره على منصات أخرى، بعد أن بدأت الظاهرة بمقاطع بسيطة في الهند قبل أن تغزو مختلف أنحاء العالم.
تجربة بسيطة وأثر كبيرضوء هاتف وكوب ماء وملعقة صغيرة من مسحوق الكركم، هكذا بدت التجربة العلمية قابلة للتنفيذ بسهولة عقب عشرات من التحديات وتجارب الترند المؤذية مثل "كتم الأنفاس" و"بيرد بوكس" و"كسر الجمجمة".
لم يمر "ترند الكركم" مرور الكرام على العديد من المعلمين، خاصة الذين يعملون مع الأطفال ذوي الصعوبات والاحتياجات الخاصة، تقول عرين طوال -معلمة التربية الخاصة بالأردن وخريجة كلية العلوم التطبيقية بالمملكة- إن تجربة "الرشة السحرية" مثلت بالنسبة لها نقطة ضوء لما تحمله من فوائد عديدة، أبرزها تطوير المهارات الحسية والبصرية والإدراكية للأطفال، فضلا عن تحسين الملاحظة والتمييز البصري لديهم، كذلك تعزيز مهارات حل المشكلات والإبداع والثقة بالنفس.
وتضيف عرين "التجارب التي تعتمد على حاسة البصر بشكل أساسي، تساعد على تطوير قدرة الفرد على ملاحظة التفاصيل الدقيقة، والتمييز بين الألوان والأشكال، وفهم العلاقات المكانية، ومن أمثلة تلك الأنشطة الحسية البصرية فرز الألوان أو استخدام الأضواء، كذلك الألعاب التي تعتمد على الألوان والأشكال، فهي تشجع الطفل على الاستكشاف وطرح الفرضيات واختبارها واستخلاص النتائج، وتعزز تطوير مهارات التفكير المجرد، فضلا عن القدرة على التعاون والعمل الجماعي".
إعلانمع ذلك ليست كل الترندات قابلة للتجربة أو التبني، بحسب عرين، كما هو الحال مع ترند الدمية المخيفة لابوبو، تقول عرين "تلك الدمية التي ظهرت وانتشرت فجأة بشكلها الغريب غير المألوف، ترند مواز لكنها تبدو مخيفة، حتى لو شعرنا أن أطفالنا سعداء بها أثناء اللعب، فإن هذا لا ينفي ما يمكن أن يحدث لهم جراء التعامل معها في العقل الباطن حيث الأحلام المزعجة ومشاعر الخوف الغامضة التي لن يستطيعوا التعبير عنها، فتتحول إلى سلوكيات عنف أو إلى مشاعر حقد وعصبية وصراخ، فضلا عن انعدام الشعور بالأمان فيكفّ الطفل عن النوم وحد، أو يصبح خائفا من كل شيء حوله، مما يدخله إلى حالة نفسية صعبة من القلق وعدم الارتياح، لذا ليس كل ترند موجه للأطفال يجب أن نتبناه، يتطلب الأمر بعض التفكير".
السر وراء توهج الكركملم تكتف بسمة إبراهيم بتجربة ترند الكركم، ولكنها وعقب إلحاح من أطفالها بحثت بصحبتهم وراء سر الظاهرة، تقول بسمة "قمنا ببحث صغير، هذه المرة لم يكن تكليفا من المدرسة ولا طلبا للدرجات، ولكن لأنهم أرادوا أن يفهموا حقا السر وراء توهج الكركم، واكتشفنا معا عقب البحث أن السر هو ظاهرة علمية تدعى الفلورية أو التفلور، الآن يحاولون العثور على تجارب مشابهة للاستمتاع بها خاصة أننا في فترة إجازة".
5 تجارب مثيرة يمكن تنفيذها بالمنزلفي دراسة بعنوان "التعلم البصري وتدريس العلوم للأطفال" نُشرت بمجلة الطفولة والتربية عام 2022، خلصت باحثتان مصريتان إلى أن التعلم البصري في تدريس العلوم يساعد في تنمية مهارات التفكير لدى أطفال الروضة، حيث تسهم الصور والمنبهات البصرية في نقل كم كبير من المعلومات التي يحتاجها الطفل، مما يقلل العبء المعرفي، ويجعل عملية التعلم أسهل وأكثر تشويقا وإثارة بالنسبة له، خاصة حين يتم عرض المعلومات بطريقة ديناميكية وملونة وجذابة.
ومثل ترند "الرشة السحرية"، جذبت المزيد من التجارب ذات المكونات البسيطة والنتائج المبهرة نظر الكثير من أولياء الأمور، خاصة تلك التي تحتوي على نتائج بصرية مبهرة، أبرزها:
تجربة انكسار الضوء في الماءباستخدام كوب ماء وقلم فقط، توضح التجربة للطفل كيف يؤثر تغيير الوسط في تغير مسار الضوء.
تجربة الطيف الضوئيتجربة تظهر كيف يتحلل الضوء إلى ألوان قوس قزح عبر فصل الضوء الأبيض بواسطة مرشح زجاجي.
تجربة الهولوغرام
يمكن للطفل أن يصنع جهاز عرض ثلاثي الأبعاد في المنزل باستخدام مجموعة من الكروت الورقية السوداء، ومسدس شمع وقطعة زجاج.
تجربة انعكاس الضوءتجربة باستخدام ورقة عليها أسهم وكوب ماء، حيث يعمل الماء داخل الكوب كعدسة، مما يجعل الضوء ينحني ويغير اتجاهه، الأمر الذي يخلق هذه الخدعة البصرية.
تجربة الحمم البركانيةباستخدام زيت ماء وألوان وقرص فوار، حيث يحدث ذلك الأخير تفاعلا كيميائيا ويطلق ثاني أكسيد الكربون، وهي أقل كثافة من الماء والزيت، فتطفوا إلى أعلى بشكل بديع يشبه الحمم البركانية.
«وفر في البنزين».. خطوات تحويل السيارات للعمل بالغاز الطبيعي