أنف كهربائي لاستشعار الأمونيا.. يخدم صناعات الطاقة والطب
تاريخ النشر: 15th, February 2024 GMT
يوصف وقود الهيدروجين بأنه "طاقة المستقبل"، لذلك من المتوقع ازدياد الطلب على غاز "الأمونيا" الذي يعد واحدا من أفضل الطرق لتخزين الهيدروجين، وهو ما يتطلب الاهتمام بوجود أجهزة تستشعر أي تسريبات لهذا الغاز، وذلك لضمان التشغيل الآمن، وهو ما قام به مهندسون أستراليون من المعهد الملكي للتكنولوجيا في ملبورن، حيث وفروا حلا أُعلن عن تفاصيله في دورية "أدفانسيد فانكشنال ماتريال".
وتستخدم "الأمونيا" التي يقدر إنتاجها العالمي بنحو 235 مليون طن متري (الطن المتري يعادل 1000 كلغم)، كحامل في عملية تخزين الهيدروجين التي تعرف باسم "تحلل الأمونيا". وفي هذه العملية، تتحلل حراريا إلى العناصر المكونة لها وهي النيتروجين والهيدروجين، ويمكن تحفيز التفاعل بمواد مختلفة -وعادة عند درجات حرارة مرتفعة- لتعزيز كفاءة إطلاق الهيدروجين.
وعلى الرغم من أن هذه الطريقة توفر وسيلة لتخزين الهيدروجين، فإن هناك تحديات مرتبطة بها، وأهمها معالجة مخاوف السلامة المتعلقة بتسرب الأمونيا، حيث يمكن أن يشكل الغاز العديد من المخاطر الصحية مثل تهيج العين والجلد والجهاز التنفسي، خاصة عند التعرض له بتركيزات عالية أو لفترات طويلة.
على الرغم من أن تعرض الإنسان للأمونيا يمكن أن يكون ضارا، فإن الغاز موجود أيضا في التنفس البشري، ويمكن أن يكون بمثابة علامة حيوية لتشخيص العديد من الأمراض مثل الاضطرابات المرتبطة بالكلى والكبد.
والأمونيا نتيجة ثانوية لاستقلاب البروتين في الجسم، ويجري إنتاجها أساسا في الكبد نتيجة لتحلل الأحماض الأمينية. وفي الظروف العادية، يقوم الكبد بتحويل الأمونيا إلى اليوريا، والتي يُخرجها الجسم بعد ذلك عن طريق البول. ولكن عندما تتضرر وظيفة الكبد كما هو الحال في أمراض الكبد أو فشله، فقد لا يتمكن الكبد من معالجة الأمونيا بكفاءة، مما يؤدي إلى تراكمها في مجرى الدم.
وبمجرد تراكم الأمونيا في مجرى الدم يمكن أن تنتشر إلى الرئتين لتخرج مع الزفير، وتُعرف هذه الظاهرة باسم "رائحة الأمونيا"، ولذلك، فإن قياس مستوياتها في التنفس يمكن أن يوفر معلومات قيّمة عن عمل الكبد والكليتين، وقد تشير المستويات المرتفعة منها في التنفس إلى خلل في الكبد أو اضطرابات التمثيل الغذائي الأخرى التي تؤثر على استقلابها.
ونظرا لأن المستشعر الذي أعده الفريق البحثي الأسترالي لأغراض صناعية، يستطيع قياس كميات صغيرة من الأمونيا، فيمكن توظيفه أيضا لاكتشاف الغاز الموجود في أنفاس الناس لتنبيه الأطباء إلى الاضطرابات الصحية.
تقول كبيرة الباحثين بالمعهد الملكي للتكنولوجيا في ملبورن والباحثة الرئيسية بالدراسة الدكتورة نيتو سيد في بيان أصدره المعهد: "المستشعر يعتمد على ثاني أكسيد القصدير الشفاف الرقيق، والذي يمكنه بسهولة تتبع الأمونيا بمستويات أصغر بكثير من التقنيات المماثلة".
وتوضح أنه "عند وجود الأمونيا في الهواء، فإنها تتفاعل مع طبقة أكسيد القصدير الموجودة على المستشعر، مما يسبب تغيرات في مقاومتها الكهربائية، وكلما زاد تركيز الأمونيا زاد التغير في المقاومة، ويُقاس بعد ذلك هذا التغير بواسطة المستشعر، مما يسمح له باكتشاف حتى الكميات الصغيرة من الأمونيا، وإضافة إلى ذلك فإن المستشعر قادر على تمييز الأمونيا عن الغازات الأخرى بانتقائية أكبر من التقنيات الأخرى، لذلك فإن المستشعر يبدو كما لو أنه أنف كهربائي".
وأجرى الفريق تجارب باستخدام المستشعر الخاص بهم في غرفة مصممة خصيصا لاختبار قدرته على اكتشاف غاز الأمونيا بتركيزات مختلفة (5-500 جزء في المليون) في ظل ظروف متباينة، بما في ذلك درجة الحرارة، كما اختبروا انتقائية الجهاز للأمونيا ضد الغازات الأخرى، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون والميثان.
ويقول الباحث المشارك بالدراسة تشونغ نغوين إن"مستشعرهم المصغر يوفر طريقة أكثر أمانا وأقل تعقيدا للكشف عن الغاز السام مقارنة بالتقنيات الحالية".
وتُنتج الأساليب الحالية للكشف عن الأمونيا قياسات دقيقة، ولكنها تتطلب معدات مختبرية باهظة الثمن مع فنيين مؤهلين وأخذ عينات، وغالبا ما تستغرق هذه العملية وقتا طويلاً وأجهزة ثقيلة.
وإضافة إلى ذلك يتضمن تصنيع أجهزة الكشف عن الأمونيا اليوم عمليات مكلفة ومعقدة لإعداد طبقات حساسة لتصنيع أجهزة الاستشعار، وتجاوز كل هذه المعوقات في المستشعر الجديد، كما يوضح نغوين.
كيف يُصنع المستشعر؟يُصنع المستشعر الجديد بخطوات بسيطة وليست معقدة، يشرحها الباحث المشارك بالدراسة إلياس صبري على النحو الآتي:
أولا- ترسيب ثاني أكسيد القصدير: يبدأ المستشعر بترسيب ثاني أكسيد القصدير الشفاف والرفيع ذريا على مادة أساسية، ويعد هذا الترسيب أمرا بالغ الأهمية لوظيفة المستشعر. ثانيا- استخلاص طبقة أكسيد القصدير: تُستخلص طبقة أكسيد القصدير مباشرة من سطح القصدير المنصهر عند درجة حرارة 280 درجة مئوية، حيث تُنتج هذه العملية طبقة رقيقة من أكسيد القصدير. ثالثا- تحقيق النحافة: فطبقة أكسيد القصدير التي نحصل عليها رقيقة بشكل لا يصدق، حيث تكون أرق بنحو 50 ألف مرة من الورق، وتعتبر هذه النحافة الشديدة ضرورية لحساسية المستشعر وفعاليته. رابعا- خطوة تركيبية واحدة: فعملية التصنيع تتضمن خطوة تركيبية واحدة فقط، وتعتبر هذه البساطة مفيدة مقارنة بالطرق الأخرى التي قد تتطلب خطوات متعددة أو إجراءات معقدة.ويقول صبري إن "عملية التصنيع لا تتضمن استخدام المذيبات السامة، وهذا يضمن السلامة ويقلل من التأثير البيئي".
وتبدو كلفة إنتاج المستشعر وفق خطوات تصنيعه، منخفضة إلى حد كبير، كما أنه يقبل التطوير، مما يسمح بإنتاجه بكميات ضخمة، ولمجموعة متعددة من التطبيقات. ولكن ينبغي التأكد من أنه يعمل على نطاق كبير بنفس الكفاءة التي ظهرت في التجارب، كما يقول أستاذ الهندسة الكيميائية بجامعة جنوب الوادي المصري أيمن حلمي.
ويوضح حلمي في حديث هاتفي مع "الجزيرة نت"، أن التأكد من عمل المستشعر في تطبيقات العالم الحقيقي يتطلب اختبارات لفاعليته في اكتشاف الأمونيا بتركيزات مختلفة وتحت ظروف بيئية مختلفة.
ويضيف أنه "يجب التأكد أيضا من استمرارية عمله بنفس الكفاءة والفاعلية على المدى الطويل، وهذا يحتاج إلى استخدامه في أكثر من تجربة وعلى فترات زمنية طويلة بعض الشيء".
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: ثانی أکسید فی التنفس یمکن أن
إقرأ أيضاً:
وزير التعليم العالي ورئيس جامعة عين شمس يفتتحان مؤتمر قسم علاج الأورام والطب النووي
افتتح الدكتور أيمن عاشور وزير التعليم العالي والبحث العلمي، والدكتور محمد ضياء زين العابدين رئيس جامعة عين شمس، المؤتمر العلمي الحادي عشر لقسم علاج الأورام والطب النووي بكلية الطب جامعة عين شمس، وذلك بحضور الدكتور عوض تاج الدين مُستشار رئيس الجمهورية لشئون الصحة والوقاية، والدكتور على الأنور عميد كلية الطب ورئيس مجلس إدارة المُستشفيات بجامعة عين شمس، ولفيف من قيادات الجامعة.
وأكد الوزير أن مؤتمر طب عين شمس يكتسب أهمية كبيرة، حيث يُعد منصة علمية مُتميزة ليس فقط لتبادل المعرفة، ولكن أيضًا كدعوة للعمل الجماعي الذي يجمع نُخبة من الخبراء والباحثين من مصر ومُختلف دول العالم، لمُناقشة أحدث المُستجدات الطبية في مجال تشخيص وعلاج الأورام.
وأشار الوزير إلى الالتزام المُشترك بمواجهة أكثر التحديات إلحاحًا والكفاح المُستمر ضد السرطان، مُوضحًا أن مرض السرطان يمس كل مجتمع، وكل أسرة، وكل فرد بطريقة ما، لافتًا إلى الدور الذي تقوم به الجامعات مثل جامعة عين شمس، ومعهد أبحاث كلية الطب (MASRI)، باعتبارها مراكز للمعرفة والبحث والابتكار، بما يُسهم في تشكيل أرض خصبة للأفكار التي يُمكن أن تُغير مشهد الوقاية من السرطان وتشخيصه وعلاجه، فضلًا عن تدريب الجيل القادم من العلماء والأطباء وصانعي السياسات في مجال علم الأورام لمواصلة هذا العمل الحيوي والهام.
كما أكد الدكتور عاشور دعمه الثابت للمُبادرات التي تُعزز البحث في مجال السرطان والتعليم ورعاية المرضى، مُوضحًا أهمية الاستثمار المُستدام في هذا المجال، وتعزيز التعاون ودعم الابتكار والإبداع وضمان ألا يواجه أحد هذا المرض بمفرده.
واختتم كلمته مُعربًا عن تقديره العميق للمُبادرة الرئاسية لمكافحة السرطان، بما لديها من قُدرات على إحداث تغيير جذري في هذه المعركة، من خلال إعطاء الأولوية للوقاية من السرطان، والبحوث، والعلاج، وتأثير هذه المُبادرة على الخريطة البحثية في مصر، وارتباطها بالإستراتيجية الوطنية للتعليم العالي والبحث العلمي وخُطة وأهداف التنمية المُستدامة.
وفي كلمته أكد الدكتور عوض تاج الدين مُستشار رئيس الجمهورية لشئون الصحة والوقاية، أن مُستشفيات جامعة عين شمس أصبحت مدينة طبية كبيرة ومُتكاملة لتقديم الخدمات الطبية والعلاجية المُتميزة، مُشيرًا إلى التطور التكنولوجي الكبير الذي تشهده المُستشفيات الجامعية ومعهد الأورام القومي وأقسام الأورام، والتقدم المُثمر في عالم الأورام وفقًا لسياسة الدولة، كما أشاد بالجهود الوطنية المبذولة لدعم القطاع الصحي في مصر، بما يتماشى مع مُبادرات الدولة في هذا المجال ورؤية مصر 2030.
ومن جانبه، أكد الدكتور محمد ضياء زين العابدين رئيس جامعة عين شمس، أهمية مؤتمر كلية الطب، لأنه يناقش محور بالغ الأهمية في مجال علاج الأورام، حيث شَهد القطاع الطبي في مصر تطورًا كبيرًا خلال السنوات الأخيرة، بفضل جهود السيد الرئيس عبد الفتاح السيسي رئيس الجمهورية، الذي أولى القطاع الصحي والطبي اهتمامًا غير مسبوق، مُشيرًا إلى نجاح المُبادرات الرئاسية التي أٌطلقت تحت قيادته في إحداث طفرة نوعية في مجال الكشف المُبكر عن الأورام بالإضافة إلى رفع مستوى الوعي الصحي لدى المواطنين.
وأشار رئيس الجامعة إلى مُشاركة مستشفى الأورام بطب عين شمس في جميع المُبادرات الرئاسية بدءًا من مُبادرة 100 مليون صحة لفيروس سي، والمُبادرات الرئاسية للكشف المُبكر عن السرطان وعلاج الأورام، مُؤكدًا التزام الجامعة الدائم بالسعي نحو الريادة في التعليم والبحث العلمي، وبتسخير إمكاناتها للنهوض بمنظومة الرعاية الصحية في مصر، مُوضحًا أن الفترة القادمة ستشهد مزيدًا من التطوير لتحسين الخدمات، مما يُعزز مكانة جامعة عين شمس كصرح أكاديمي وبحثي مُتميز في مجال علاج الأورام.
كما أشار الدكتور على الأنور عميد كلية الطب، خلال كلمته إلى التطور غير المسبوق الذي شَهدته مستشفى الأورام بجامعة عين شمس في علاج الأورام، مًوضحًا أنه قبل 20 عامًا لم يكن هناك تنسيق بين التخصصات المُختلفة، بينما يتم اليوم تَبني نهج شامل يجمع بين الإجراءات النفسية والجراحية، مُشددًا على أن المريض بات مسؤولية فريق طبي مُتكامل وليس اختصاصًا فرديًا، حيث تُتخذ القرارات التشخيصية والعلاجية من خلال فريق مُتعدد التخصصات يعتمد على أبحاث دقيقة وتحليل مستفيض.
كما قدم الدكتور علي الأنور التهنئة لقسم الأورام على جهودهم المُستمرة وإنجازاتهم التي لمسها عن قرب خلال فترة توليه عمادة الكلية، وقدم شُكره الخاص لهم على توفير الأدوية اللازمة لعلاج الأورام داخل مستشفيات الجامعة، فضلًا عن المشاركة الفاعلة في المُبادرات الرئاسية المخصصة لعلاج الأمراض السرطانية، مُشيرًا إلى أن فعاليات المؤتمر تتضمن العديد من الجلسات لعرض أحدث الأبحاث في كافة التخصصات الطبية الفرعية.
وأشار الدكتور عمر شريف أمين المجلس الأعلى للمستشفيات الجامعية، إلى اهتمام الدولة بمُبادرة السيد الرئيس عبد الفتاح السيسي رئيس الجمهورية للتنمية البشرية، مُعلنًا بدأ فعاليات المُسابقة التنافُسية التي أُقيمت على هامش المؤتمر بين وحدات تقديم خدمات الأورام بالمُستشفيات الجامعية، بسحب قرعة مُباريات "اونكوليمبكس"، والتي تهدف إلى خلق روح التنافس بينهم، مُشيدًا بتنظيم المُسابقة العلمية في مجال الأورام والتي سوف تبدأ بعد عدة أسابيع، بدعم من شركة أسترازينيكا.
وفي كلمته أشاد الدكتور محمد لُطيف الرئيس التنفيذي للمجلس الصحي المصري، بالمجهود الكبير الذي تقوم به جامعه عين شمس والمبذول من اللجنة العُليا للدلائل الإرشادية للأورام، مٌشيرًا إلى إنها تأتي ضمن أهم الأنشطة للمجلس الصحي المصري، مُشيدًا بتوطين صناعه الدواء في مصر، وبالأخص أدويه الأورام، مُوضحًا اعتماد المجلس الصحي المصري لعدد 14 ساعة تدريبية مُعتمدة للمؤتمر الحادي عشر لجامعة عين شمس.
تخلل فعاليات المؤتمر عقد ندوة تُسلط الضوء على إنجازات وخُطط المجلس الصحي المصري المُستقبلية، وأخرى للجنة العُليا للمستشفيات الجامعية بعين شمس تتناول دور المستشفيات الجامعية في دعم مسيرة وتحسين علاج الأورام، إلى جانب ندوة مُخصصة لدعم مُقدمي الرعاية الصحية لمرضى الأورام.
كما تَضمن المؤتمر خمس ورش عمل مُتخصصة تُناقش موضوعات مُتنوعة، أبرزها: دور طب وجراحة الفم في أورام الرأس والرقبة، والصيدلة الإكلينيكية، والعلاج الإشعاعي الداخلي، واستخدام الذكاء الاصطناعي في البحث العلمي والإحصاء.
شارك في المؤتمر 8 خبراء أجانب من الولايات المتحدة، والمملكة المتحدة، وألمانيا، وعدد من الدول العربية، وذلك بحضور الدكتورة لبنى عز العرب أستاذ ورئيس مستشفى الأورام ورئيس المؤتمر، الدكتور أسامة عبد الحي نقيب الأطباء، الدكتور محمد لُطيف الرئيس التنفيذي للمجلس الصحي المصري، الدكتور عمر شريف أمين المجلس الأعلى للمُستشفيات الجامعية الدكتور أحمد عناني مُستشار وزير التعليم العالي للسياسات الصحية، اللواء طبيب طارق النجدي رئيس الأكاديمية الطبية العسكرية، الدكتور على عزمي رئيس قسم علاج الأورام والطب النووي، الدكتورة إيناس عبد الحليم عضو مجلس الشعب وأستاذ الأورام، الدكتور هشام الغزالي مدير مركز ابحاث طب عين شمس ورئيس المُبادرة الرئاسية لصحة المرأة، ونُخبة من الأساتذة والخُبراء من الجامعات المصرية ومراكز الأورام العالمية.
جدير بالذكر أن مؤتمر كلية الطب يُعد فرصة مُميزة لتعزيز التعاون العلمي والبحثي في مجال علاج الأورام، ودعم الكوادر الطبية من مُختلف التخصصات، حيث تستمر فعالياته في الفترة من (21 _ 22 نوفمبر الجاري).
اقرأ أيضاًوزير التعليم العالي يعلن أعداد المتقدمين لانتخابات الاتحادات الطلابية بالجامعات
بيرت تقطع الكهرباء عن إيرلندا وتؤثر على بريطانيا