الشهر: أغسطس 2022

تعدد استعمال كواشف الإشعاعات النووية بدءا بالاستعمال الطبي إلى المفاعلات النووية. وبسبب اتساع نطاق الطاقة المستعمل في هذه المجالات، وجب استعمال كواشف ملائمة لكل مجال على حدة. فماهي أهم أنواع كواشف الإشعاعات النووية؟ وكيف تعمل هذه الكواشف؟

كواشف الإشعاعات النووية

تستعمل كواشف الإشعاعات النووية من أجل قياس النشاط الإشعاعي لعينة ما أو من أجل التأكد من وجود نشاط إشعاعي مرتفع في منطقة ما. وتعمل هذه الكواشف كمستشعرات للإشعاعات النووية، حيث يؤدي امتصاص الإشعاع داخل الكاشف إلى نشوء إشارة قابلة للقياس. وحسب نوع هذه الإشارة وكيفية حدوثها، يمكننا تقسيم الكواشف إلى ثلاثة أنواع: الكواشف المملوءة بالغاز وكواشف أشباه النواقل والكواشف الوميضية [1].

الكواشف المملوءة بالغاز

تقوم «الكواشف المملوءة بالغاز-Gas Filled Detectors» على قياس التيار الكهربائي الذي ينتج عن تفاعل الإشعاعات مع الغاز. وتتكون هذه الكواشف من أسطوانة مليئة بالغاز يخترقها سلك من محورها المركزي. ويعمل هذا السلك كقطب كهربائي حيث يتم تطبيق فرق جهد كهربي بينه وبين جدار الأسطوانة من أجل التقاط الشحنات والحصول على تيار كهربائي. فحينما يمتص الغاز إشعاعًا نوويًا، تنتقل الطاقة إلى إلكترونات الذرات التي تُكوِّن هذا الغاز. فتتحرر الإلكترونات (سالبة الشحنة) من مداراتها مخلفة وراءها أيونات موجبة (الذرات التي سُلِبت إلكتروناتها)، وهو ما يعرف بالزوج الأيوني (الأيون+الإلكترون). عند تطبيق فرق جهد بين السلك وجدار الأسطوانة، تنجذب الإلكترونات نحو القطب الموجب، بينما تنجذب الأيونات نحو القطب السالب متسببة في ظهور تيار كهربائي يمكن قياسه [1].

وحسب قيمة فرق الجهد المطبق، يمكن تمييز عدة أصناف من الكواشف المملوءة بالغاز. فحين يكون فرق الجهد منخفضًا، لا تنجح الشحنات في بلوغ القطبين، بل تلتحم مع بعضها لتعود ذرات محايدة مجددًا. ومع زيادة فرق الجهد، تنجح مزيد من الشحنات في الوصول إلى القطبين إلى أن تصير كلها قادرة على الوصول إلى القطبين عند تجاوز فرق جهد معين. وفي هذا المجال، يدعى الكاشف «غرفة تأين-Ionization Chamber »[2].

في حال الاستمرار في زيادة الجهد، تصير الإلكترونات التي أنتجها الإشعاع قادرة على إنتاج أزواج أيونية جديدة تسهم بدورها بإنتاج أخرى. تساعد هذه الشحنات الثانوية في تضخيم التيار الكهربائي الذي تكون شدته متناسبة مع طاقة الإشعاع الممتص. ويدعى الكاشف عندها «عدادًا تناسبيًا-Proportional Counter»[2].

مع زيادة فرق الجهد، يظل عدد الأزواج الثانوية في الازدياد إلى أن يصل إلى مرحلة يصير فيها عدد الأزواج المنتجة غير مرتبط بطاقة الإشعاع. ويسمى الكاشف في هذه المنطقة بـ «عداد جيجر مولر-Geiger Mueller Counter»[2].

كواشف أشباه النواقل

تتبع «كواشف أشباه النواقل-semiconductor detectors» نفس المبدإ الذي تقوم عليه الكواشف المملوءة بالغاز. حيث ينتج الإشعاع تيارًا كهربائيًا مع وجود فرق جهد في طرفي الكاشف. وبسبب البنية البلورية لأشباه النواقل، تختلف الشحنات التي يخلفها الإشعاع عن تلك التي تكون بكواشف الغاز. فبدل الزوج الأيوني، تتأين كواشف أشباه النواقل مشَكِّلة الزوج إلكترون-ثقب. ذاك أن الإلكترونات في البنيات البلورية، تتموضع في نطاقات من الطاقة تفصل بينها فجوات يحظر على الإلكترون التواجد بها. وتحدث ظاهرة التأين حين ينتقل الإلكترون من آخر نطاق مرتبط بالذرة –وهو ما يعرف بنطاق التكافؤ- إلى نطاق التوصيل الذي يكون فيه الإلكترون حرًا. يترك الإلكترون خلال عملية الانتقال هذه ثغرة تسمى الثقب والتي يمكن اعتبارها شحنة موجبة تقابل الأيون الموجب في الغاز. وفي وجود مجال كهربائي ناتج عن فرق الجهد، تنطلق الشحنتان في اتجاهين متعاكسين لتوليد تيار كهربائي قابل للقياس [3].

الكواشف الوميضية

تقوم «الكواشف الوميضية-Scintillation Detectors » على ظاهرة الوميض التي تحدث لبعض المواد حيث تبعث الضوء بشكل فوري حين تستقبل إشعاعًا ما. وعلى المستوى الذري، فإن ذرات هذه المواد التي تكون مثارة بسبب الإشعاع تعود إلى حالتها المستقرة من خلال التخلص من الطاقة الزائدة على شكل انبعاثات ضوئية. ومن أجل كشف هذا الوميض، ترتبط هذه المواد بـ «أنابيب المضاعفة الضوئية-Photomultiplier tubes» التي تعمل على تحويل الضوء إلى تيار كهربائي قابل للقياس. فحين يدخل الضوء لهذه الأنابيب، يتفاعل مع «مهبط ضوئي- photocathode» يحول الإشعاع الضوئي إلى إلكترونات باستعمال ظاهرة التأثير الكهرضوئي. بعدها، تدخل هذه الإلكترونات إلى «مضاعف الإلكترونات-Electron Multiplier» الذي يقوم بمضاعفة كمية الإلكترونات من أجل زيادة شدة التيار الكهربائي التي تكون ضعيفة في البداية [2].

في النهاية، إذا كنت مصابًا برهاب الإشعاعات النووية، ولا حيلة لك في معرفة مكان تواجدها. فكل ما عليك هو أن تحمل مادة وميضية أينما ذهبت، وتطلق ساقيك للريح كلما رأيت وميضًا ينبعث منها.

المصادر

[1] Nuclear Medicine Physics: A Handbook for Teachers and Students

[2] Principes de radioprotection – réglementation

[3] An Introduction to Radiation Protection

من هي أرتميس في الأساطير اليونانية؟ كانت أرتميس هي الإلهة اليونانية للصيد والطبيعة البرية والعفة. كانت أرتميس ابنة زيوس وشقيقة أبولو، وراعية للفتيات والشابات والحامية أثناء الولادة. كما ارتبطت بالولادة والحصاد والقمر واعتبرت أرتميس الوصية على العذارى والأطفال الصغار. عبدها الرومان باسم ديانا. كانت تُعبد على نطاق واسع، لكن أشهر موقع عبادة لها كان معبد أرتميس في أفسس، أحد عجائب الدنيا السبع في العالم القديم. اختلفت شخصيتها ووظيفتها اختلافًا كبيرًا من مكان إلى آخر، ولكن على ما يبدو، وراء كل أشكالها المختلفة كانت تكمن إلهة الطبيعة البرية التي تكون عادةً مصحوبة بالحوريات في الجبال والغابات والمستنقعات. [1] [3] [4]

الألقاب:

عُرفت أرتميس بأسماء مختلفة في جميع أنحاء العالم الهيليني، على الأرجح لأن عبادةها كانت توفيقية مزجت العديد من الآلهة والاحتفالات في شكل واحد. بعض هذه الصفات تشمل:

• «أجروتيرا- Agrotera» إلهة الصيادين
• «أمارينثيا- Amarynthia» من مهرجان على شرفها أقيم في الأصل في أمارينثاس في يوبويا
• «أفايا- Aphaea» شكل عبادة أثيني (مرتبط بجزيرة إيجينا)
• «سينثيا- Cynthia» مرجع جغرافي آخر، هذه المرة إلى مسقط رأسها على جبل سينثوس في ديلوس
• «كوروتروفوس- Kourotrophos» ممرضة الشباب
• «لميانا- Limnaia» اسمها في الطائفة الأكادية
• «لوتشيا- Locheia» إلهة الولادة والقابلات
• «أورثيا- Orthia» الاسم المرتبط بطائفتها في إسبرطة
• «بارثينيا- Parthenia» “العذراء”
• «فيبي- Phoebe» الشكل الأنثوي للقب أخيها أبولو فيبوس
• «بوتنيا ثيرون- Potnia Theron» راعية الحيوانات البرية [2]

نشأة أرتميس:

ولادتها

بعد واحدة من علاقات زيوس العديدة خارج إطار الزواج، وجدت ليتو نفسها حاملًا. لسوء حظها، نُقلت أخبار هذا الحمل إلى هيرا، التي أعلنت بشكل انتقامي أن العشيقة المريضة ممنوعة من الولادة في التيرا فيرما (أو في نسخة أخرى، في أي مكان تشرق فيه الشمس) وأمرت إحدى خادماتها بالتأكد من التزام ليتو بهذا المرسوم القاسي. عثرت ليتو على جزيرة ديلوس الصخرية، والتي لم تكن راسية في البر الرئيسي. ولأنها قدمت ثغرة للعنة هيرا الانتقامية، فقد أنجبت ليتو توأميها هناك. [2]

من المثير للاهتمام أن بعض الروايات المبكرة تشير إلى أن أرتميس ولدت أولاً ثم ساعدت في ولادة أبولو، أو أن أرتميس ولدت قبل يوم واحد من أبولو في جزيرة أورتيجيا، وأنها ساعدت والدتها في عبور البحر إلى ديلوس في اليوم التالي. لتلد توأمها. هذا الافتراض جدير بالملاحظة حيث تتوافق كلتا الصفات مع الدور الطائفي لـ “الصيادة الإلهية” كمساعد في الولادة. في رواية أخرى، يُقترح أن هيرا اختطفت إليثيا (إلهة الولادة) من أجل منع ليتو من الدخول في المخاض. قامت الآلهة الأخرى، متعاطفة مع محنة ليتو، بإقناع هيرا بإطلاق سراح إلهة الولادة من خلال تقديم عقد ضخم من الكهرمان لها. [2]

طفولتها

على عكس توأمها، الذي تم تصوير مآثره الشبابية في مصادر عديدة، فإن طفولة أرتميس ممثلة تمثيلاً ناقصًا نسبيًا (خاصة في المواد الكلاسيكية القديمة). ومع ذلك، فقد نجت إحدى الروايات التي تصور هذه الفترة في قصيدة كتبها « كاليماخوس- Callimachus » (حوالي 305 قبل الميلاد – 240 قبل الميلاد)، الذي يصف بطريقة خيالية محادثة بين الإلهة (التي كانت آنذاك “لا تزال فتاة صغيرة”) وزيوس. [2]

قالت هذه الكلمات لأبيها: “أعطني لأحافظ على عذريتي، أبي، إلى الأبد: وامنحني أسماء كثيرة، حتى لا يتنافس «فيباس- Phoebus» معي. وأعطيني سهامًا وقوسًا وأعطيني سترة ذات حافة مطرزة تصل إلى الركبة، لأذبح الوحوش البرية. وأعطيني ستين فتاة من بنات « أوقيانوس- Oceanus» من أجل حاشيتي، كلهن في التاسعة من العمر، كلهن عذارى لكن غير مشيدات ؛ وأعطيني عشرين حورية من «أمنيسوس- Amnisus» ليكن خادمات ويهتممن بشكل جيد «بالبَسْكِن- buskin» (جزمة يصل طولها إلى الركبة مصنوعة من الجلد أو القماش). [2]

وعندما لا أطلق النار على الوشق أو الأيل، سوف يعتنين بكلاب الصيد السريعة. وأعطيني كل الجبال. وللمدينة، خصص لي أي شيء، حتى أيًا كان ما تريده لأنه نادرًا ما تنزل أرتميس إلى المدينة. سوف أسكن الجبال ولن أزور مدن الرجال إلا عندما تستدعيني النساء اللواتي ينزعجن من آلام الولادة الحادة لمساعدتهن. حتى في الساعة التي ولدت فيها، أمرتني الأقدار أن أساعدهم. أمي لم تعاني من أي ألم سواء عندما أنجبتني أو عندما حملتني في رحمها ، لكن دون معاناة أخرجتني من جسدها “. [2]

الإلهة الحاقدة:

في العديد من الروايات الأسطورية، توصف أرتميس بأنها كائن لا يرحم تمامًا وينتقم، ويزور الموت أي بشري يسيء إليها. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن العديد من عمليات الإعدام هذه التي تبدو قاسية تتبع أنماطًا راسخة ضمن الإطار الأخلاقي العام الذي قدمته التراتيل والنصوص اليونانية. على سبيل المثال، كانت جريمة الغطرسة، التي قتلت فيها أرتميس «إيكتيان- Actaeon» و«كيون- Chione»، وعاقبت أجاممنون ونيوبي بقسوة، كانت أيضًا الدافع وراء قتل أبولو لمارسياس ومنافسة أثينا مع أراكني. [2]

إيكتيان

في بعض إصدارات الحكاية، كانت الإلهة العذراء تستحم في نبع منعزل على جبل «كيثاريون- Cithaeron»، عندما عثر عليها صياد طيبة إيكتيان. غاضبة من أن رجلاً قد شاهدها عارية، فقد حولته إلى أيل، ثم شرعت كلاب الصيد الخاصة به في مطاردته وتمزيقه. في نسخة سابقة من القصة، كان سبب عقابه هو التفاخر بأن براعته في الصيد تنافس الإلهة. في هذا النسخة، تتوج القصة بتحول وموت الصياد المؤسف. [2]

إيفيجينيا وأرتميس

في الأشهر التي سبقت حرب طروادة ، تمكن أجاممنون من الإساءة إلى أرتميس، إما من خلال التباهي بقدراته كرامي سهام أو بذبح حيوان من بستان مقدس. بغض النظر عن السبب، قررت أرتميس أنها ستربك جهود الجيش الغازي للوصول إلى طروادة من خلال توجيه الرياح ضدهم، وبالتالي جعل أسطولهم الضخم عديم الفائدة. [2]

قال «كالكاس- Calchas» (عراف يوناني) إنهم لا يستطيعون الإبحار ما لم يتم تقديم أجمل ابنة لأجاممنون لأرتميس كذبيحة. كانت الإلهة غاضبة من أجاممنون لأنه عندما أطلق النار على غزال قال إنه حتى أرتميس لم يكن بإمكانها فعل ذلك. بعد أن سمع هذه النبوءة أرسل أجاممنون أوديسيوس وتالثيبيوس إلى «كليتيمنيسترا- Clytemnestra» ليطلبوا إيفيجينيا، قائلاً إنه وعد بإعطائها لأخيل لتكون زوجته كمكافأة على الذهاب في الرحلة الاستكشافية. أرسلتها كلتمنسترا، وكان أجاممنون، الذي وضعها بجانب المذبح، على وشك ذبحها عندما حملها أرتميس إلى توريس. هناك جعلتها كاهنة واستبدلتها بغزال في المذبح. ومع ذلك، يقول البعض أن أرتميس جعلها خالدة. [2]

نيوبي

في حالة أخرى من الغطرسة المميتة، تفاخرت نيوب، ملكة طيبة وزوجة الملك أمفيون، بأنها كانت متفوقة على ليتو لأنها أنجبت 14 طفلاً، في حين أن ليتو لديها طفلان فقط. عند سماع هذه الشماتة الشريرة، شرع التوأمان في قتل جميع نسلها، حيث قامت أرتميس بقتل بناتها بسهام مسمومة وذبح أبولو أولادها أثناء ممارستهم لألعاب القوى. على مرأى من نسله المتوفى، أصيب أمفيون بالجنون وقتل نفسه (أو قتل على يد أبولو). وبالمثل، انتحرت الملكة المدمرة نيوبي أو تحولت إلى حجر بواسطة أرتميس وهي تبكي. [2]

أوريون

قصة «أوريون- Orion» لها العديد من الإصدارات المختلفة. يُعتبر من المولودين في بيوتيا. بعض الأساطير تعتبره ابن بوسيدون. إنه مرتبط بجزيرة خيوس، التي يقال إنه طرد منها الوحوش البرية. هناك وقع في حب ميروبي، ابنة ملك خيوس، «إينوبيان- Oenopion». الملك، الذي لم يوافق على أوريون وأرجأ باستمرار الأعراس، أعمى أوريون في النهاية. [5]

استعاد بصره بواسطة أشعة الشمس، ويقال أن أوريون ذهب إلى جزيرة كريت ليعيش مع أرتميس كصياد. تختلف روايات وفاته على نطاق واسع، بعض الأساطير تقول أنه قتل على يد أرتميس لمحاولته اغتصابها، والبعض الآخر بسبب غيرة أبولو على حب أرتميس لأوريون. لا تزال هناك أساطير أخرى تقول أنه قتل على يد عقرب وحشي. بعد وفاته، تم وضعه بين النجوم. يقدم الإصدار الأخير تفسيرًا مسببًا للتخطيط الخاص للكون، حيث لا تزال كوكبة الجبار (الذي تم تحويله الآن إلى كوكبة) يحاول البقاء بعيدًا قدر الإمكان عن كوكبة العقرب. [5]

كاليستو

واحدة من أشهر الحكايات التي تصور أرتميس هي قصة كاليستو، ابنة لايكون، ملك أركاديا. هذه الشابة، التي عملت كواحدة من مرافقات الصيادة الإلهية، كانت مكرسة تمامًا للإلهة، وبالتالي وجدت أنه من الضروري أن تأخذ نذرًا بالعفة. لسوء حظها، كانت خادمة شابة مرغوبة وجميلة، ولفتت انتباه زيوس الفاسد. لعدم رغبته في أن تفر منه، ظهر لها الإله الماكر متنكرًا في زي أرتميس، واكتسب ثقتها ثم استغلها. [2]

بعد أشهر، عندما اكتشفت أرتميس أن إحدى مرافقاتها كانت حاملاً، غضبت أرتميس ونُفت كاليستو من صحبتها. علاوة على ذلك، تحولت كاليستو التي طالت معاناتها إلى دب، إما بواسطة أرتميس أو من قبل هيرا، التي ردت بغضب على خيانة زوجها الأخيرة. ولدت كاليستو ابن اسمه أركاس الذي قتل والدته عن طريق الخطأ أثناء الصيد بعد سنوات. لحسن الحظ، شهد زيوس هذا المشهد الكئيب وتدخل في الوقت المناسب. من باب الشفقة، وضع إله السماء كاليستو في السماء، وهو ما يفسر أصل كوكبة الدب الأكبر. [2]

معبد أرتميس في أفسس:

كإلهة للخصوبة، كانت «أرتميس إيفيسيا- Artemis Ephesia» تحظى بالاحترام بشكل خاص في أفسس، بالقرب من أورتيجيا التي يعتقد الكثيرون أنه مسقط رأسها. هنا، تضمنت طقوسها عناصر شرقية (مستعارة من آلهة مثل إيزيس وسيبيل و “سيدة الحيوانات”) وكانت رموزها الرئيسية هي النحل والنخلة والأيل. كان معبد أرتميس الشهير في المدينة (الذي بدأ عام 550 قبل الميلاد) ضعف حجم معبد البارثينون في أثينا عندما تم الانتهاء منه أخيرًا بعد قرن من العمل. [1]

كانت تعتبر واحدة من عجائب الدنيا السبع في العالم القديم. كان المعبد يضم 127 عمودًا وكانت الكتل العمودية فوقها ثقيلة جدًا، حيث تزن كل منها حوالي 24 طنًا، حتى أن أهل أفسس نسبوا الفضل إلى أرتميس نفسها لمساعدتها في البناء. كان داخل المعبد تمثال عبادة عملاق للإلهة مصنوع من خشب الأرز. كل ما تبقى من المعبد اليوم هو أساساته وعمود واحد تم تشييده من بقايا مركبة. [1]

المصادر:

1. world history
2. new world encyclopedia
3. britannica
4. encyclopedia
5. britannica

بفضل ورقته البحثية التي نُشرت عام 1927، استطاع جورج ليمتير أن يخلد اسمه في التاريخ كواحد من أكبر المساهمين في فهمنا للكون ونشأته. أحب العلوم والتكنولوجيا. وشهد أحداثًا رائدة في التاريخ خلال الحرب العالمية الأولى وما وبعدها. واليوم في سلسلتنا التي تُنصف العلماء الذين لم تنصفهم نوبل، سنلقي نظرة عن كثب على هذا العالم المميز.

من هو جورج ليمتير؟

لأبوين مسيحيين كاثوليكيين، وُلد جورج جوزيف ليمتير في بلجيكا عام 1894. ولم تتميز طفولته بشيء خارق. كان طفلًا عاديًا ولم يعرف أنه سيصبح واحدًا من أعظم علماء الفلك مساهمةً في تاريخ العلوم. التحق جورج بالجامعة الكاثوليكية بمدينة لويفن البلجيكية عام 1911 آملًا أن يحصل على درجة البكالوريوس في الهندسة. ولكن لسوء حظه أن العالم دخل في حرب عالمية في عامه الثالث من التحاقه بالجامعة.

تطوع صاحبنا بالجيش وخدم كضابط مدفعية في الجيش البلجيكي. ومُنح وسام الشجاعة وغيره من الأوسمة وذلك عرفانًا بإقدامه وشجاعته. لكن المشكلة الوحيدة أنه كان يكتم بداخله ما يراه من أهوالٍ بما يكفي لتغيير حيوات أشجع الأشخاص. وهذا الأمر غيّر حياته بشكل عميق. وبعدما انتهت الحرب، عاد ليمتير إلى دراسته الجامعية. ولكن هذه المرة تغيرت رغبته الدراسية من الهندسة إلى الرياضيات، والتي برع فيها وتخرج بدرجة في الدكتوراه في العلوم والرياضيات عام 1920 بعدما قدم أطروحة رائعة.

أحب ليمتير الفلك، وأراد أن يربطه بدراسته للرياضيات، فاتجه نحو الرياضيات الفلكية Mathematical Astronomy. ذهب ليدرس في كامبريدج العريقة في إنجلترا، وكان أحد تلامذة الفلكي الكبير آرثر إدنجتون الذي وصفه بالعبقرية، والرؤية الواضحة، والبراعة في الرياضيات. لم يكتف العالم الشاب بهذا وحسب، بل ذهب إلى الجامعة العملاقة الأخرى التي دائمًا ما يرتبط اسمها بكامبريدج؛ ألا وهي جامعة هارفارد، وذلك في عام 1923 وحتى 1924، وكان دائمًا ما يتفقد مرصد ماستشوستس.

بعد هذه الخبرة الكبيرة، عاد صاحبنا إلى بلجيكا في عام 1925، وعُرض عليه أن يصبح محاضرًا بالجامعة التي بدأ فيها دراسته -الجامعة الكاثوليكية- وهذا ما لم يستطع رفضه. وفي الوقت ذاته، لم يتخل عن ماستشوستس ولا عن مرصدها المميز وكان دائم الزيارة هناك، ومُنح درجة الدكتوراه عن أطروحته لمعهد MIT، والتي كانت بعنوان The gravitational field in a fluid submitted عام 1927. [1]

أينشاين يعارض أفكار ليمتير

في الورقة البحثية المذكورة آنفًا، قدم ليمتير حلًا رياضيًا محكمًا لمعادلات النسبية العامة [2] فيما يختص بتوسع الكون. وفي نفس العام، عام 1927، انعقد مؤتمر سولفاي الشهير، الذي شهد حضور كِبار العلماء وقتها، ومن بينهم أينشتاين الذي تحدث مع ليمتير وأخبره بأن أفكاره المُقدمة في هذه الورقة البحثية ذُكرت من قبل عام 1922 بواسطة الفيزيائي الروسي أليكساندر فريدمان، وعلى الرغم من أنها أفكار صحيحة رياضيًا، إلا أنها غير واقعية على المستوى الفيزيائي، قائلًا:

حساباتك صحيحة، لكن فهمك للفيزياء بغيض

أينشتاين إلى ليميتر

لم يكن أينشتاين الوحيد الذي رفض أفكار ليمتير، بل كان معظم الوسط العلمي متشدقًا في معارضة أفكار البلجيكي. باختصار شديد، كانت أفكار ليمتير تدعم توسع الكون، وكان أينشتاين والوسط العلمي متمسكين بسكونه. [3]

هابل يُنصف أفكار ليمتير

إلى أن جاء إدوين هابل عام 1929. وقتها قدم من الأدلة العلمية ما يفيد بتوسع الكون معارضًا بذلك فكرة الكون الساكن Static Universe وقتها. فبدأ العلماء يقتنعون شيئًا فشيئا. وفي عام 1927، أرسل ليمتير نسخة من ورقته البحثية إلى أستاذه آرثر إدنجتون، والذي اقتنع بها على الفور ورأى أنها تقدم حلولًا واقعية تثبت تمدد الكون. وهذا ما جعله يترجمها إلى الإنجليزية، وينشرها في دورية Monthly Notices of the Royal Astronomical Society في 1931.

وعلى الرغم من معارضة إدنجتون وغيره من العلماء لبعض أفكار ورقة ليمتير، مثل أن الكون له نقطة بداية؛ إذ أنهم كانوا يصدقون بأن الكون موجود منذ الأزل، ولم يبدأ من نقطة محددة، إلا أن معظم أفكار ورقة ليمتير البحثية بدأت تلاقي قبولًا واسعًا لم تكن لتحظى به من قبل. [2]

الانفجار العظيم أو البيج بانج!

مثّلت ورقة ليمتير البحثية بذور ما نعرفه اليوم باسم نظرية الانفجار العظيم أو Big Bang Theory. وهي النظرية التي تقبلها معظم العلماء، وما زالوا يتقبلونها. ولكن الطريف في الأمر أن هذا المصطلح صُك من قِبَل أشرس المعارضين لها وهو فريد هويل، الذي نعته ا بالـ Big Bang عام 1950 في أحد اللقاءات للسخرية منها.

وبعد أن كان أحد المعارضين الأساسيين للنظرية، انضم أينشتاين لصف جورج ليمتير، وأبدى إعجابه بنظريته.

إنها أجمل وأكثر التفسيرات المُرضية التي سمعتها في حياتي

أينشتاين عن نظرية ليميتر

تعاون العالمان -أينشتاين وليميتير- في إلقاء سلسلة من المحاضرات لشرح النظرية التي ازداد ثِقلها وانتشرت كما النار في الهشيم. وقدم جورج ليمتير أٌسسًا علمية ما زال معترفًا بها حتى يومنا هذا. كما أجاب لنا عن السؤال الأبدي: كيف بدأ الكون؟ ولم يفقد الأمل في أطروحته التي أصر على منطقية ما جاء بها. وبعد أن كان الجميع يعارضه، لم يجدوا بُدًا من الاقتناع بالأطروحة التي أجابت عن السؤال المؤرق. [3]

المصادر

1. Britannica
2. American Museum of Natural History
3. Catholic Education Resource Center

كيف توصل نيوتن لقانون الجاذبية وما هي تطبيقاته؟

تقول القصة الشهيرة أنه بينما كان نيوتن جالسًا تحت شجرة التفاح. سقطت تفاحة على رأسه وظل يتساءل عن السبب وراء وقوع تلك التفاحة عموديًا على الأرض ولمَ لم تصعد لأعلى مثلًا. وبعدها صاغ نيوتن نظريته عن الجاذبية -الشهيرة- تقريبًا عام 1665 أو 1666. لذا في هذا المقال سنتعرف على تاريخ الجاذبية الذي أوصلنا لأشهر المعادلات الرياضية في التاريخ. وهي معادلة نيوتن للجاذبية وكذلك عن أهمية هذه المعادلة وتطبيقاتها وهل قصة تفاحة نيوتن حقًا مختلقة؟

نبذة عن تاريخ وتطور الجاذبية 

على الرغم من أن نيوتن له الفضل في الوصول إلى القانون الشهير للجاذبية المستخدم إلى يومنا. إلا أن للجاذبية تاريخ طويل حقًا فيه علماء كثيرين تفكروا في ماهيتها قبل نيوتن. فمنذ بداية القرن السادس عشر، نشأت وجهات نظر وتطورات من ناحية الظواهر الفيزيائية مثل فكرة التركيب الذري للكون. ويُعدُّ ديموقراطيس من أكثر الفلاسفة المؤثرين وأحد مؤسسي المدرسة الذرية في الفلسفة، والتفكر في المفهوم الذري لطبيعة المادة وأنواع الذرات المختلفة التي تتحرك في الفراغ والتفاعلات بين الذرات وتأثيرها. كذلك في هذا العصر تم توضيح فكرة الفراغ والذرات والتصادمات بينها، فمثلًا وضح «لوكريتيوس-Lucretius» أنه يتم استنتاج الترتيب الزماني و المكاني للظواهر الفيزيائية من خلال طبيعة الذرات وتصادمها داخل الفراغ، أيضًا ذكر مبدأ ثبات المادة وعدم فنائها وذلك ينتمي إلى أساسيات ميتافيزيقيا ديموقراطيس، وبعد ذلك أتت العديد من المفاهيم والتفسيرات للكتلة، فكل ذلك كان بمثابة مقدمات غير مباشرة عن الجاذبية. 

مفهوم الكتلة… الباب للجاذبية

أتت العديد من التفسيرات لمفهوم الكتلة فمثلًا يأتي أرخميدس ليصيغ مفهوم الكتلة كما هو مفهوم حديثًا من خلال أطروحاته في الإحصاء والهيدروستاتيكا، حيث يحدد مركز الكتلة وكذلك يصيغ لأول مرة في تاريخ الميكانيكا قانون الروافع مع تطويره طرق لتحديد المساحات والأحجام ذات الطبيعة المعقدة واقترابه من بعض المفاهيم المتعلقة بطبيعة القوى الفيزيائية وقوة الجاذبية. 

كذلك أتى «نقولاس الكوزاني-Nicholas of Cusa» ليوضح خصائص الكتلة ولهذا العالم تأثير كبير على فكر «جوهانس كيبلر-Johannes Kepler» الذي قدم مقترحات حول فكرة الجاذبية أثناء بحثه في حركة الكواكب. ومن بعد ذلك وفي نفس الفترة -القرون الوسطى- وضح «جون فيلوبونوس-John Philoponus» لأول مرة أهم مفهوم للزخم والذي يمكن اعتباره رائدًا لمفهوم غاليليو عن القصور الذاتي، إذ تتناول نظريته كل من مفهوم الكتلة والحركة، لذا يمكن اعتباره مرتبطًا بمفهوم الجاذبية. 

وتوصل «جوهانس كيبلر-Johannes Kepler» أيضًا إلى فكرة وجود قوة فيزيائية مسؤولة عن إبقاء الكواكب في حركتها حول الشمس وبعدها تطرق لمفهوم الكتلة بشكل أكثر دقة عن من سبقوه، ويقترب من صياغة قانون الجاذبية، وعلى الرغم من عدم توصله له إلا أن عمله أحد أضلاع المثلث المهمة لنظرية الجاذبية لنيوتن.

من علم الحركة لقانون نيوتن! 

يأتي دور العالم «جاليليو جاليلي-Galileo Galilei» ليساهم في الجانب الحركي لحركة الأجسام المادية والتي تنشأ بالأساس تحت تأثير قوة ثابتة مع رفضه لأي تخمين نظري حول الجوهر الحقيقي لمصطلح القوة، وأفكاره هذه أيضًا أحد الأضلاع المساهمة في نشأة قانون الجاذبية. 

 بعد ذلك ينشر نيوتن كتابه الشهير المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية لأول مرة في عام 1687. الذي يقدم فيه الوصف الحركي والديناميكي للظواهر الفيزيائية فيما يتعلق بحركات وتفاعلات الأجسام المادية، ويستطيع نيوتن إعادة صياغة جميع قوانين كيبلر الثلاثة. كما أنهت نظرية الجاذبية لنيوتن كل معارضة لعمل جوهانس كيبلر أي لقوانينه الثلاثة لحركة الكواكب. 

كذلك اعتبر نيوتن الوقت مفهومًا فيزيائيًا أساسيًا، فيعيد عمله صياغة مفاهيم الفضاء والوقت والحركة والكتلة في طبيعتها القصورية والجاذبية ويمهد الطريق نحو الوصف المادي الحديث للواقع. كما يقدم مفهوم القوة في استخدامها الحديث؛ لوصف تفاعل الجاذبية ويميز بين العديد من أنواع القوى الفيزيائية.

إضافة لتوسيعه وجهات نظره حول القضايا العلمية المركزية مثل النظرية المعرفية والمنهجية والقضايا التجريبية. وكذلك القضايا الميتافيزيقية واللاهوتية والتي كان لها دور في تشكيل مفهوم نيوتن عن الطبيعة. وأخيرًا إدراكه المشكلات المفاهيمية وخاصة مشكلة تعريف القصور الذاتي للجسم المادي ومفهوم الفعل عن بُعد.

قصة التفاحة.. ما بين الحقيقة والاختلاق؟ 

تتيح الجمعية الملكية في لندن مخطوطة أصلية تصف كيف اكتشف نيوتن الجاذبية بعد أن شاهد تفاحة تسقط من شجرة في حديقة والدته حينما كان ناظرًا يتأمل من النافذة المطلة على الحديقة، ولكن لم يُروي أنها سقطت على رأسه. والناقل لهذه الرواية هو عالم الآثار ويليام ستوكلي وهو الكاتب للسيرة الذاتية لإسحاق نيوتن. حيث حينما كان معه في لقاء ما، خرج كل منهم بعد العشاء واحتسوا مشروبًا ما في الحديقة تحت أشجار التفاح. وقال له نيوتن أن الموقف الواقعين فيه الآن هو نفسه حينما خطرت في ذهنه فكرة الجاذبية. وقد روى كذلك تلك القصة فولتير الذي قيل بأنه سمعها من كاثرين بارتون ابنة أخت نيوتن وزوجها جون كوندويت وهذا يرجح أنه ربما تكون تلك القصة التي رواها نيوتن صحيحة.

ما هو قانون نيوتن للجاذبية وعلامَ ينص؟ 

يبيّن لنا قانون نيوتن للجاذبية كيف تتجاذب الأجسام -في الكون- ذات الكتلة مع بعضها البعض. وينص على وجود قوة تجاذب بين أي جسمين في الكون، وهذه القوة تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتي أي الجسمين وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما.

وتمثل:

F قوة التجاذب بين الأجسام. 

m1, m2 هي كتل الأجسام.

G هو ثابت الجذب العام أو ثابت الجاذبية.

ما هي أهمية وتطبيقات هذا القانون؟ 

لولا الجاذبية لما كنت تقرأ هذا المقال! فأنت ثابت على الأرض ممسكًا هاتفك دون أن تطير أو يطير هاتفك مثلًا، فهذا بفضل الجاذبية! وهذا مثال بسيط، فيُعدّ قانون الجاذبية أساسيًا في الفيزياء الكلاسيكية، إذ يفسر العديد من الظواهر من سقوط التفاحة من الشجرة إلى دوران الكواكب حول الشمس والقمر حول الأرض. ومن تطبيقاته الشهيرة في الفلك أنه يمثل أهمية قصوى في حساب قوة الجاذبية للكواكب أو في حساب مسار الأجسام الفلكية عامة والتنبؤ بحركتها. 

نهايةً -عزيز القارئ- لولا اكتشاف نيوتن للجاذبية وقانونه لمَ توصل العلم إلى مهو عليه الآن. حيث يدخل استخدام هذا القانون في الرياضيات والفيزياء خاصة والتي بدورها ترتبط مع باقي العلوم المختلفة وتساهم في تقدمها. 

المصادر

• nationalgeographic

• independent

• academia.edu

• britannica

• byjus

أداة بلاست BLAST

تعد أداة بلاست «BLAST» من أهم أدوات البحث في المعلوماتية الحيوية وهي عبارة عن خوارزمية لمقارنة معلومات التسلسل البيولوجي، مثل تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات أو تسلسل ثلاثيات النيوكليوتيدات في الحمض النووي DNA أو الحمض النووي الريبي RNA. وتعني كلمة «BLAST» أداة بحث الصف المحلية الأساسية أو «basic local alignment search tool». وتمكّن أداة «BLAST» من مقارنة بروتين أو تسلسل نيوكليوتيد بمكتبة أو قاعدة بيانات للتسلسلات، وتحديد تسلسل قاعدة البيانات الموافق للتسلسل الذي تتم دراسته. وعند اكتشاف جين جديد عند الفأر مثلَا، ولمعرفة مقدار التشابه بينه وبين الجينوم البشري، يتم البحث عبر «BLAST»، حيث تقوم بكشف التشابهات بين الجين الجديد والجينات المخزنة ضمن قاعدة بيانات سابقًا. [1]

آلية عمل بلاست BLAST

باستخدام الطريقة «الإرشادية – Heuristic»، تجد الأداة تسلسلات متشابهة من خلال تحديد مواقع التطابق بين التسلسلين، وبعد كشف أول تشابه، تبدأ أداة «BLAST» بالبحث عن الصف. وأثناء البحث عن تشابهات للتسلسل، تعتبر مجموعات الأحرف مهمة حيث كل جزء من التسلسل يرمز له بحرف معين. فلو افترضنا مثلًا أنه لدينا التسلسل التالي «GLKFA»، إذا تم إجراء البحث فسيكون تشكيل كلمات من ثلاثة أحرف من هذا التسلسل. في هذه الحالة، ستكون الكلمات التي تم البحث عنها هي GLK ، LKF ، KFA. وبعد ذلك تحدد الخوارزمية الإرشادية للأداة جميع الكلمات المشابهة للتشكيلات المكونة من ثلاثة أحرف الخاصة بالتسلسل الذي نبحث عنه والتسلسلات الموجودة في قاعدة البيانات.

خوارزمية BLAST

• إزالة المنطقة منخفضة التعقيد
  المنطقة منخفضة التعقيد تعني منطقة من التسلسل مكونة من عدد قليل من العناصر. وقد تسبب هذه المناطق تشويش يربك البرنامج في بحثه عن التسلسل الفعلي في قاعدة البيانات، لذلك يجب إزالتها. وهذه المناطق تشبه التشويش الموجود في الإشارات الرقمية، ويجب التخلص منها قبل معالجة الإشارة. ويتم تمييز هذه المناطق بالرمز X في تسلسلات البروتين وبالرمز N في تسلسل الحمض النووي، وذلك لتسهل تجاهلها من قبل البرنامج ولأن N مستخدم بالفعل في الحروف التي ترمز لأحد الأحماض الأمينية.

• إنشاء قائمة كلمات مكونة من عدد K من الحروف للتسلسل

  نفترض k = 3 على سبيل المثال، سنستخلص الكلمات المكونة من 3 أحرف من تسلسل البروتين، حتى يتم تضمين الحرف الأخير.

• قائمة الكلمات المطابقة المحتملة
  تهتم خوارزمية «BLAST» فقط بالكلمات ذات الدرجات العالية. ويتم إنشاء الدرجات من خلال مقارنة الكلمة الموجودة في المشكلة في الخطوة السابقة بجميع الكلمات المكونة من 3 أحرف ضمن قاعدة البيانات. وتُستخدم مصفوفة التسجيل (مصفوفة الاستبدال) لتسجيل المقارنة بين كل زوج من المخلفات. وكلما زاد التطابق، زادت الدرجة والعكس صحيح.
  
• تنظيم الكلمات المتبقية عالية الدرجات في ترتيبات بحث فعالة
  يسمح هذا للبرنامج بمقارنة الكلمات عالية الدرجات بسرعة مع تسلسلات قاعدة البيانات. ويتم تكرار الخطوات 3 و 4 حتى الانتهاء من التسلسل بشكل كامل.

تحميل برنامج BLAST

يمكن تحميل برنامج «BLAST» وتشغيله كأداة مساعدة أو الوصول إليه مجانًا عبر الويب. ويسمح خادم الويب «BLAST»، الذي يستضيفه موقع «NCBI»، لأي شخص لديه متصفح ويب بإجراء عمليات بحث عن التشابهات ضمن قواعد البيانات المحدثة باستمرار للبروتينات والحمض النووي والتي تشمل معظم الكائنات الحية. ويعتمد برنامج «BLAST» على تنسيق مفتوح المصدر، مما يتيح للجميع الوصول إليه ويمكّنهم من تغيير الكود البرمجي الخاص بالبرنامج مما أدى إلى إنشاء العديد من المشاريع الفرعية المشتقة من هذا المصدر. ويمكنك تحميل وتفحص البرنامج من هنا.[2]

أنواع برنامج BLAST

• BLASTn: يقارن واحدًا أو أكثر من تسلسل النيوكليوتيدات بتسلسل النوكليوتيدات في قاعدة البيانات أو تسلسل واحد معين.
• BLASTx: يقارن هذا البرنامج منتجات ترجمة ستة إطارات لتسلسل النوكليوتيدات ضمن الـ DNA بقاعدة بيانات تسلسل البروتين للعثور على الجين المسؤول عن إنتاج بروتين أو حمض أميني معين.
• TBLASTn: وهو بعكس «BLASTX » ويستخدم لرسم خريطة للبروتين والحمض النووي المسؤول عنه.
• BLASTp: يقارن تسلسلًا واحدًا أو أكثر من تسلسل البروتين بالتسلسلات ضمن قاعدة بيانات. مما يساعد في محاولة التعرف على بروتين معين.

يمكن استكشاف عدد من عمليات البحث ضمن البرنامج من هنا. [3]

أصبح «BLAST» أداة أساسية لعلماء الأحياء. حيث تسمح سرعته وحساسيته للعلماء بمقارنة تسلسل النيوكليوتيدات والبروتينات بالتسلسلات ضمن قواعد البيانات الكبيرة. وأصبح من المعتاد قراءة بحث في مجال علم الأحياء الحديث يحمل اسم «BLAST» كأداة مستخدمة. وقد سمحت «BLAST» وتطبيقاتها التابعة للعلماء بالتنبؤ بوظائف الجينات والبروتينات في الجينوم الكامل، والإجابة على أسئلة كان لا يمكن الإجابة عليها بالعمل المختبري فقط.

المصادر
[1] Berkley library
[2] BLAST NCBI
[3] NCBI Github

 

 

 

 

 

 

تشير أحدث الدراسات في مختبر Cern بسويسرا إلى أن الكون لم يكن من المفترض أن يوجد من الأساس. فحتى الآن لا يوجد سبب واضح لوجود الكون حاليًا. إذن فما هو لغز وجود الكون؟ وما الحلول الممكنة لذلك اللغز؟

عملية الإبادة

“ماذا إذا التقيت بالشخص المضاد لك في مكاٍن ما من الكون؟ ستختفي أنت وهو وتتحول أجسامكما إلى طاقة”.

يعتمد ذلك السؤال، الفلسفي، وأجابته على ما توصل له علماء فيزياء الجسيمات. إذ يتكون الكون من عنصرين أساسيين، مادة و طاقة، وكلٍ منهما يتكون من جسيمات أصغر تسمى جسيمات أولية. ويقسم علماء فيزياء الجسيمات تلك الجسيمات الأولية من خلال نموذج يسمى «النموذج المعياري – The standard model». وأشهر الجسيمات الأولية التي تتكون منها المادة، مثلي أنا وأنت والأرض، هي البروتونات والإلكترونات. [1]

وفي عام 1928، اقترح العالم الإنجليزي «بول ديراك – Paul Dirac» وجود جسيم مماثل للإلكترون، ولكنه موجب، أي عكسه في الشحنة. وتم تأكيد فرضية ديراك عام 1932 عن طريق العالم الأمريكي «كارل أندرسون – Carl Anderson». وفتح ذلك الاكتشاف الباب لوجود جسيمات أولية مماثلة للجسيمات المعروفة، ولكنها معاكسة لها في الشحنة، وأطلق عليها الجسيمات المضادة.

وعند اجتماع الجسيم مع الجسيم المضاد له يلاشيان بعضهما البعض، وينتج كم من الطاقة في عملية تسمى «الإبادة – Annihilation». تخيل إذا التقيت بشخص مماثل لك تمامًا، ولكنه مكون من مادة مضادة، فسيلاشي كل منكما الأخر وتتحول أجسامكما لطاقة. وتلك هي معضلة نشأة الكون!

يفترض النموذج المعياري لفيزياء الجسيمات تساوي عدد الجسيمات والجسيمات المضادة عند الانفجار العظيم. ولكن كيف لم تتلاش الجسيمات مع الجسيمات المضادة عند نشأة الكون في عملية تمنع الكون من أن يكون موجودًا من الأساس؟

البحث عن حل

حاول علماء فيزياء الجسيمات التجريبية خلال السنوات الماضية البحث فيما إذا كان هناك أي عدم تماثل بين الجسيمات والجسيمات المضادة. فوجود عدم تماثل بينهما يعني وجود أفضلية لوجود المادة حولنا بعكس المادة المضادة، أي وجود الكون كما نراه على حساب دماره عند النشأة. وكانت أخر تلك التجارب عام 2017 في مختبر «سِرن – CERN» في سويسرا والتي كانت بهدف قياس العزم المغناطيسي للبروتون المضاد. وكانت من أصعب تجارب سِرن، ولكنها تمت بدقة وصلت ل 68%. وجاءت نتيجة البحث على تشابه العزم المغناطيسي للبروتون والبروتون المضاد والذي يقربنا جدًا من استنتاج التماثل التام بين خصائص الجسيمات والجسيمات المضادة. [2]

عدم التناظر عند الانفجار العظيم

واحد من أهم مبادئ فيزياء الجسيمات هو تناظر «الشحنة – Charge» و«التكافؤ – Parity» و«الوقت – Time» أو الCPT. ويعنى ذلك المبدأ أن إذا انعكس الكون واستُبدلت المادة بالمادة المضادة ورجع الزمن للوراء لن يحدث تغيير في قوانين الفيزياء. وعلى ذلك فإن عدم التماثل سيخل بمبدأ ال CPT. والقليل من عدم التناظر كافي لتفسير سبب وجود كميات من المادة حولنا مقارنة بالمادة المضادة، فلم نرصد حتى الآن كوكب من مادة مضادة مثلًا! ولكننا لم نرصد غياب التناظر حتى الآن. وعلى جانب آخر، لا نعلم ما حدث بالفعل في اللحظات الأولى من الانفجار العظيم. بل وتبقى صحة نظرية الانفجار العظيم محل جدل حتى الآن.

هل عجزنا عن تفسير لغز نشأة الكون؟

ليست نهاية المطاف بعد، إذ يعمل الباحثون على تطوير التجارب ويستمرون في البحث عن أي دليل بخصوص عدم التماثل. ويحاول علماء فيزياء الجسيمات التجريبية حاليًا دراسة تأثير قوة الجاذبية في حالة الجسيمات المضادة. فنحن نعلم مثلًا أن الأرض (مادة) تجذب الإنسان (مادة)، أي أن المواد تجذب بعضها البعض من خلال قوى الجاذبية. فماذا عن المواد المضادة؟ هل تجذب المادة المضادة بعضها أم تتنافر؟ وهل تنجذب أم تتنافر المادة مع المادة المضادة؟ [3] [4]

من المتوقع أن يكون التفاعل بين المادة المضادة والمادة هي قوة تجاذب عند المسافات القصيرة. وأن قوة الجاذبية للمواد المضادة مع بعضها هي قوة جذب لا تنافر. ولكن حتى يظهر أي دليل سيبقي واحد من أهم الألغاز في الفيزياء الحديثة هو لغز وجود الكون. [4]  

المصادر
[1] The Standard Model: How far can it go and how can we tell?
[2] A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment
[3] LHCb sees new form of matter–antimatter asymmetry in strange beauty particles
[4] Gravitational matter-antimatter impact interactions

تعاني حوالي 30% إلى 40% من النساء من مشاكل جنسية في وقت ما خلال حياتهن. وإذا كانت المشاكل شديدة بما يكفي للتسبب في الضيق، فيمكن اعتبارها خللًا في الوظيفة الجنسية، ويمكن أن يحدث الخلل الجنسي لفرد أو للزوجين. ويمكن اعتبار بعض المشاكل التي تمنع المتعة أثناء دورة الاستجابة الجنسية خللًا؛ وتتضمن هذه الدورة أربع مراحل: الدافع، والإثارة، والنشوة الجنسية، والاسترخاء. ومن أجل تشخيص اضطراب الخلل الوظيفي الجنسي عند النساء يجب أن تسبب هذه المشاكل ضائقة للمرأة.

أعراض الخلل الوظيفي الجنسي عند النساء

يمكن وصف هذا الخلل وتشخيصه كما يلي:

1. انخفاض الرغبة الجنسية: يتضمن هذا الخلل الأكثر شيوعًا بين الإناث قلة الاهتمام، وعدم الرغبة في ممارسة الجنس.
2. مشاكل في الإثارة الجنسية: قد تكون رغبتك في الجماع سليمة لكنك تواجهين صعوبة في الشعور بالإثارة، أو لا تستطيعين الاستمرار في الإثارة أثناء النشاط الجنسي.
3. صعوبة مستمرة، أو متكررة في الوصول إلى النشوة الجنسية بعد الإثارة الجنسية الكافية والتحفيز المستمر.
4. وجود ألم مرتبط بالتحفيز الجنسي، أو الاتصال المهبلي.
5. خلل جنسي آخر غير محدد لا يقع تحت أي من الفئات المذكورة.

قبل التعرف على الخلل الوظيفي الجنسي، يجب أولًا أن نتعرف على الوظيفة الجنسية الطبيعية عند النساء.

الوظيفة الجنسية الطبيعية عند النساء

تتضمن الوظائف والاستجابات الجنسية مجموعة من الأفكار والعواطف، بالإضافة إلى استجابة الجسم بما في ذلك الجهاز العصبي والدورة الدموية والهرمونات. وتشمل الاستجابة الجنسية ما يلي:

• الرغبة في الانخراط أو مواصلة النشاط الجنسي. وهناك العديد من الأسباب للرغبة في ممارسة الجنس بما في ذلك الاهتمام بالجنس أو الرغبة فيه، وقد تنجم عن طريق الأفكار، أو الكلمات، أو المشاهد، أو الروائح، أو اللمس. وقد يكون الدافع واضحًا في البداية، أو قد يتراكم بمجرد إثارة المرأة.
• الإثارة الجنسية والتي تحدث عندما تفكرين في الجنس أو تشعرين به. وللإثارة عنصرًا ماديًا وهو زيادة تدفق الدم إلى منطقة الأعضاء التناسلية. ففي النساء، يؤدي تدفق الدم المتزايد إلى تضخم البظر، وجدران المهبل (وهي عملية تسمى الاحتقان)، وتؤدي إلى الانتصاب عند الرجال. ويؤدي زيادة تدفق الدم أيضًا إلى زيادة الإفرازات المهبلية التي توفر الترطيب أثناء الجماع. وقد يزداد تدفق الدم دون أن تدرك المرأة ذلك ودون أن تشعر بالإثارة.
• النشوة الجنسية وهي ذروة الإثارة الجنسية. إذ يزداد انقباض العضلات في جميع أنحاء الجسم قبل النشوة مباشرة. وعندما تبدأ النشوة، تنقبض العضلات المحيطة بالمهبل بشكل إيقاعي. وقد يكون لدى النساء عدة هزات عند الجماع.
• الاسترخاء، وهو الشعور بالراحة والاسترخاء العضلي الواسع، ويتبع عادة النشوة الجنسية. ومع ذلك يمكن أن يحدث ببطء بعد إثارة النشاط الجنسي دون الوصول للنشوة الجنسية. ويمكن لبعض النساء الاستجابة لتحفيز إضافي على الفور تقريبًا بعد الاسترخاء.

من المرجح أن يكون لدى النساء دوافع عاطفية أكثر من الرجال مثل الرغبة في تجربة وتعزيز العلاقة الحميمة العاطفية، ولتأكيد استحسانهم، وإرضاء أو تهدئة الشريك. كما قد تتطور الرغبة عند المرأة بمجرد بدء النشاط الجنسي والتحفيز. وتتزايد الرغبة في الرضا الجنسي مع استمرار النشاط الجنسي والعلاقة الحميمة، وتؤدي التجربة المجزية جسديًا وعاطفيًا إلى تلبية وتعزيز الدوافع الأصلية للمرأة. كما قد تشعر بعض النساء بالرضا الجنسي سواء كان لديهن هزة الجماع أم لا. وعادة ما تقل الرغبة مع تقدم المرأة في العمر، ولكنها تزداد مؤقتًا عندما يكون للمرأة، بغض النظر عن عمرها، شريك جديد.

أسباب الخلل الوظيفي الجنسي عند النساء

خمسة أسباب جسدية

1. اضطرابات تدفق الدم: تشير بعض الأبحاث إلى أن اضطرابات الأوعية الدموية قد تمنع تدفق الدم إلى أجزاء من الجهاز التناسلي للأنثى. ويحتاج المهبل والبظر والشفرين إلى زيادة تدفق الدم من أجل الإثارة الجنسية.
2. تناول بعض الأدوية والعلاجات: تؤثر بعض الأدوية على الوظيفة الجنسية. وقد تقلل مضادات الاكتئاب من الدافع الجنسي، أو قدرتك على الوصول إلى النشوة الجنسية. ومن المرجح بشكل خاص أن تسبب مثبطات امتصاص السيروتونين الانتقائية (SSRIs) آثارًا جانبية جنسية. ويمكن أن يؤثر العلاج الكيميائي وعلاجات السرطان أيضًا على مستويات الهرمونات.
3. أمراض النساء مثل تكيسات المبيض، والأورام الليفية الرحمية، والتهاب المهبل، كلها تسبب الألم أثناء ممارسة الجنس. ويمكن للتشنج المهبلي (وهو حالة تسبب تقلصات عضلة المهبل) أن يجعل الجماع غير مريح.
4. التغيرات الهرمونية التي يمكن أن تسبب جفاف المهبل، أو ضموره مما يجعل الجماع مؤلمًا. ويمكن أن يؤدي انخفاض مستويات هرمون الإستروجين أيضًا إلى تقليل الإحساس في الأعضاء التناسلية. ويمكن أن يؤثر انقطاع الطمث والجراحة والحمل على مستويات هذا الهرمون.
5. بعض الحالات الصحية: حيث يمكن أن يؤثر عدد من الحالات الصحية على قدرتك على الاستمتاع بالجنس. وتشمل مرض السكري، والتهاب المفاصل، والتصلب المتعدد، وأمراض القلب. وقد يعيق إدمان المخدرات أو تعاطي الكحول أيضًا التجربة جنسية.

3 أسباب نفسية

1. الاكتئاب: إذ قد يتسبب الاكتئاب في عدم الاهتمام بالأنشطة التي كنت تستمتع بها من قبل بما في ذلك الجنس. ويمكن أن يساهم تدني احترام الذات ومشاعر اليأس أيضًا في الضعف الجنسي.
2. الشعور بالإجهاد: الإجهاد في المنزل، أو العمل يمكن أن يصعّب من التركيز على الاستمتاع بالجنس. وتظهر بعض الدراسات أن التوتر يمكن أن يزيد من مستويات هرمون الكورتيزول، وهذه الزيادة قد تقلل الدافع الجنسي.
3. الاعتداء الجسدي، أو الجنسي السابق: وما يعقبه من صدمة، أو شعور بسوء المعاملة مما قد يسبب القلق، والخوف من العلاقة الحميمية. هذه المشاعر يمكن أن تجعل من الصعب ممارسة الجنس، وقد تؤدي الضغوط الأخرى على العلاقة إلى ضعف جنسي.

التشخيص

إذا كنتِ تعانين من خلل وظيفي جنسي، فتحدثي إلى مقدم الرعاية الصحية الخاص بكِ. إذ يمكنه إجراء تقييم شامل للعوامل الجسدية، والنفسية المرتبطة بالجنس. ومن المرجح أن يبدأ مقدم الرعاية الصحية الخاص بك بأخذ تاريخ صحي كامل. وقد تساهم العمليات الجراحية السابقة، مثل استئصال الرحم أو استئصال المبيض، في الخلل الوظيفي الجنسي ولكن هذا ما يحدده الطبيب. كما يمكن للفحص البدني أيضًا استبعاد أي مشاكل متعلقة بأمراض النساء. وقد يقوم الطبيب بإجراء فحص للحوض ومسحة عنق الرحم، كما ستتم مراجعة أدويتك أيضًا.

ويمكن أن تساعد اختبارات الدم في تشخيص الاختلالات الهرمونية. كما يمكن جمع الإفرازات المهبلية للبحث عن احتمالية وجود عدوى. وسوف يقوم مقدم الرعاية الصحية الخاص بك أيضًا باستكشاف الأسباب النفسية المحتملة. لذا عليك أن تتحدثي بصراحة وصدق عن التحديات الجنسية التي تواجهينها. وفي بعض الحالات قد يوصيكِ الطبيب بالتحدث إلى أخصائي الصحة العقلية، أو مستشار العلاقات.

علاج الخلل الوظيفي الجنسي عند النساء

ضعي في اعتبارك أن الخلل الوظيفي الجنسي يمثل مشكلة فقط إذا كان يزعجك. أما إذا لم يزعجك، فلا داعي للعلاج. ويختلف العلاج بسبب وجود العديد من الأعراض والمسببات المحتملة للضعف الجنسي لدى الإناث. ومن المهم بالنسبة لكِ التعبير عن مخاوفك، وكذلك فهم جسدك واستجابته الجنسية الطبيعية. كما تعد أهدافك في حياتك الجنسية مهمة لاختيار العلاج، وتقييم ما إذا كان يعمل أم لا. وغالبًا ما تستفيد النساء من نهج العلاج المركب الذي يعالج المشكلات الجسدية، والعاطفية، والنفسية.

علاج بدون أدوية

ولعلاج الضعف الجنسي للإناث وما يترتب عليه من خلل وظيفي جنسي بدون أدوية، قد يوصي طبيبك بهذه الإستراتيجيات:

1. التحدث والاستماع: فالتواصل المفتوح مع شريكك يصنع اختلافًا كبيرًا في إشباعك الجنسي. حتى لو لم تكوني معتادة على التحدث عن الأشياء التي تحبيها والتي لا تحبيها في العملية الجنسية، فإن تعلم القيام بذلك وتقديم الملاحظات بطريقة جيدة يمهد الطريق لمزيد من العلاقة الحميمة.
2. النشاط البدني: يمكن للنشاط البدني المنتظم أن يزيد من قدرتك على التحمل وتحسين مزاجك، ويعزز كذلك المشاعر الرومانسية.
3. تعلم طرق تقليل التوتر حتى تتمكنين من التركيز والاستمتاع بالتجارب الجنسية.
4. التحدث مع مستشار، أو معالج متخصص في المشاكل الجنسية والعلاقات. وغالبًا ما يتضمن العلاج التثقيف حول كيفية تحسين الاستجابة الجنسية لجسمك، وطرق تعزيز العلاقة الحميمة مع شريكك، وتوصيات لمواد القراءة أو تمارين الأزواج.
5. قد تكون المزلقات المهبلية مفيدة أثناء الجماع إذا كنتِ تعانين من جفاف المهبل، أو ألم أثناء ممارسة الجنس.
6. يمكن تعزيز الإثارة عن طريق تحفيز البظر باستخدام هزازٍ.

بالإضافة إلى الخلل الوظيفي الجنسي عند النساء اقرأ أيضًا: تكيس المبايض أسبابه أعراضه وعلاجه

مصادر:
1. clevelandclinic.org
2. msdmanuals.com
3. mayoclinic.org

يعد التشخيص والكشف المبكر عن الأمراض واحد من أهم تطبيقات طب النانو. كما يعتبر الكشف المبكر عن المرض وتشخيصه عاملًا مهماً في الشفاء خاصةً بالنسبة لمرضى السرطان.

فعلى سبيل المثال، لوحظ في دراسة دامت عامين أن معدل البقاء على قيد الحياة لمرضى سرطان الجهاز الهضمي الذين استفادوا من الكشف المبكر أعلى بكثير من أولئك الذين لم تكشف إصاباتهم مبكرًا بنسب بلغت 92.3% مقابل 33.3% [4]. بالإضافة إلى أن معدل الوفيات المدروس لمدة 10 سنوات لمرضى سرطان الثدي انخفض بنسبة 17-28% لدى المرضى الذين استفادوا من الكشف والتشخيص المبكر [2].

وغالبًا ما تلعب تقنية التصوير الطبي الدور الأكثر أهمية في الكشف والتشخيص المبكر عن لأمراض المختلفة. ويتم حاليًا العمل على تكييف أساليب التصوير الطبي المختلفة بحيث تعمل ضمن المقاييس النانوية وذلك بتحسين قدرتها على تتبع الجسيمات النانوية المحقونة ضمن الجسم والمستخدمة كعوامل تباين نانوية. إذ يوفر التصوير الطبي بالمقاييس النانوية صور أكثر تفصيلاً للعمليات الخلوية مما يتيح إمكانية التشخيص المبكر بفعالية أكبر [1].

عوامل التباين في التصوير الطبي

وفقاَ لما تَقَدم فإن الحاجة الملحة للكشف المبكر عن الأمراض وتشخيصها تدفع باستمرار لتطوير طرق التصوير الطبي المختلفة وبالأخص تطوير عوامل التباين. ويمكن تعريف عوامل التباين بأنها مواد تستخدم للحصول على معلومات تشريحية ووظيفية أكثر دقة في التصوير الطبي للتمييز بين الأنسجة الطبيعية والأنسجة غير الطبيعية [2].

مواد التباين المستخدمة حاليا لها استقلاب ودوران سريع داخل الجسم، ولها توزع غير محدد وسمية محتملة. لذا لا تزال التحديات الحالية قائمة للحصول على تصوير طبي سريع وأكثر تفصيلًا للبنى المجهرية للأنسجة. ويتم ذلك من خلال تطوير عوامل تباين غير سامة ولها وقت دوران أكبر داخل الجسم [2].

تتيح الجسيمات النانوية هذه القدرة، إذ تعود عوامل التباين القائمة على الجسيمات النانوية بفائدة كبيرة على العمليات السريرية، فنظرًا لصغر حجمها تُظهر الجسيمات النانوية تأثيرات نفاذية وبقاء معززة في الأورام. وتستخدم مع العديد من تقنيات التصوير الطبي مثل (التصوير الفلوري، والتصوير بالرنين المغناطيسي، والتصوير المقطعي المحوسب، والتصوير بالأمواج فوق الصوتية،PET، SPECT) [2].

إحصائيات عن تقنية النانو في التصوير الطبي

بالنظر إلى حدود عوامل التباين الحالية، والمزايا المحتملة للجسيمات النانوية كعوامل تباين للتشخيص المبكر وتصوير البنية المجهرية، نلاحظ تزايد الاهتمام بتكنولوجيا النانو في التصوير الطبي الحيوي بسرعة كبيرة، إذ يُظهر البحث عن مصطلح “الجسيمات النانوية والتصوير الطبي” في PubMed زيادة ملحوظة مؤخرًا في عدد المنشورات ذات الصلة مما يبرز الجهود المكثفة المبذولة في هذا المجال.

اعتبارات تصميم عوامل التباين القائمة على الجسيمات النانوية

• اختيار الجسيمات النانوية: تم اقتراح مجموعة واسعة من الجسيمات النانوية لاستخدامها كعوامل تباين، وتتطلب طرق التصوير المختلفة جسيمات نانوية ذات خصائص مختلفة لإنتاج التباين [3].
• أنواع الطلاء: الكثير من المواد النشطة وظيفيًا والمستخدمة لتوليد التباين في التصوير الجزيئي لها توافق حيوي منخفض جدًا مما يؤدي إلى إفراز سريع خارج الجسم وعمر نصف منخفض واستقرار منخفض وسمية محتملة. لذلك تم بذل جهود كبيرة لجعل هذه المواد قابلة للتطبيق بيولوجيًا. وتم اكتشاف مجموعة متنوعة من الأساليب المختلفة باستخدام مواد مثل الفوسفوليبيدات وديكستران وبولي فينيل بيروليدون أو السيليكا كطلاء. وتتمثل الاستراتيجية البديلة للطلاء الاصطناعي في استخدام الجسيمات النانوية الطبيعية مثل الفيروسات أو البروتينات الدهنية وبالتالي تجنب تعرف أنظمة الدفاع في الجسم عليها [3].
• استراتيجيات استهداف الخلايا والمناطق الهدف: إما الاستراتيجية الفعالة أو السلبية، وتحدد الأولى بربط الجسيمات النانوية بأنواع مختلفة من الجزيئات كالـ(البروتينات والببتيدات وغيرها). في حين تحدد الثانية من خلال الطلائات كال( ديكستران ) مثلا [3].
• تأثير الحجم: يلعب حجم الجسيمات النانوية دورًا مهمًا في عدد من الجوانب بما في ذلك أنواع الخلايا التي يمكن استهدافها ونفاذيتها ضمن الأنسجة واستقلابها في الجسم وقوة وجودة التباين الناتج [3].
  
  فمثلا، حجم الجسيمات النانوية مهم في إفراز الجسيمات من الجسم. حيث يتم إزالة الجسيمات النانوية من الجسم عبر الجهاز الكلوي [3]. و باستخدام تقنيات التألق تبين أن الجسيمات النانوية التي تساوي أو تقل عن 5.5 نانومتر يتم إفرازها من خلال الجهاز الكلوي في حين أن الجسيمات الأكبر من ذلك ينتهي بها الأمر في الكبد والطحال. هنا يتم استقلابها وإفرازها أو تتراكم وقد تصبح سامة للجسم. من ناحية أخرى إذا كانت الجسيمات صغيرة بما يكفي لإفرازها كلويًا فسيقل نصف عمرها [3].

استخدام الجسيمات النانوية في التصوير الفلوري

يتمتع التصوير الفلوري بمزايا تغلغل أكبر ضمن الأنسجة، وتألق أقل للأنسجة غير المرغوبة [2]. ولكن يعيبه عمق اختراقه المحدود وتعيق عملية التشتت ضمن النُسج المختلفة النفع المحتمل من المعلومات السريرية التي يقدمها. وكما يؤدي التألق المحدود في المرض المستهدف والتبييض الضوئي لحساسية منخفضة للكشف عن الأمراض الشاذة [2].

وهنا يأتي دور الجسيمات النانوية التي تتميز بخصائص مفيدة للتغلب على القيود المحتملة للتصوير الفلوري. فعلى سبيل المثال يمكن تحميل عدد أكبر من جزيئات الصبغة الفلورية في الجسيمات النانوية لتوفير المزيد من الإشارات. بالإضافة إلى ذلك يمكن تعديل (أو هيكلة) الجسيمات النانوية من أجل منع الإخماد المحتمل عند الحاجة. علاوة على ذلك يمكن استخدام بعض الاستراتيجيات لزيادة تركيزات الجسيمات النانوية في الأمراض ومن ثم زيادة تركيز الصبغة الفلورية للمشكلة المحلية. كما تتميز الجسيمات النانوية بقضائها وقتًا طويلًا نسبياً في الدورة الدموية، مما يعطي امتصاصاً أكبر للأمراض المستهدفة. ويمكن أيضاً تصميم الجسيمات النانوية لتحويل فوتونات الطاقة المنخفضة إلى فوتونات ذات طاقة أعلى وهو أمر مهم لتقليل تأثيرات الوميض والتبييض الضوئي [2].

وقد تم استخدام الجسيمات النانوية كعوامل تباين في التصوير الفلوري في الكثير من الموضوعات. مثل الكشف عن الجينات، وتحليل البروتين، وتقييم نشاط الإنزيم، وتتبع العناصر، وتتبع الخلايا، وتشخيص الأمراض في مرحلة مبكرة، والبحوث المتعلقة بالأورام، ومراقبة التأثيرات العلاجية في الوقت الحقيقي [2].

أمثلة من مجموعة دراسات لخصها المرجع [2] في الجدول 1 لاستخدام الجسيمات النانوية في التصوير الفلوري، وتتضمن اسم عامل التباين في التصوير، وحجم الجسيمات النانوية، والتطبيقات الطبية الحيوية، وما إذا كان قد تم التجريب في الجسم الحي أو في المختبر [2].

Experimental model	Applications	Size (nm)	Imaging agent
SK-BR-3 human cancer cells, CHO-K1 Chinese hamster ovary cells	Detecting early stage breast cancer	120	UCNP
Mice bearing SCC7 tumors	Detecting protease activity	20	Cy5.5
HeLa cells	Testing caspase-3 to identify apoptosis activity in cells	37.8	Cy5.5
SCC-7 cells, 293T cells and athymic BALB/c nude mice bearing SCC-7 cells	Detecting tumor and guiding therapy	141	PLNP
HepG2 cells	Tracking ion of Zn and Cu in alive cell	13	FAM,Cy5
A549 lung cancer cells	Monitoring therapeutic drug delivery	90.9	FITC
Athymic nude mice	Monitoring drug diffusion	30 ,200	Cy7.5
Swiss nude mice bearing HCT-116 cells	Monitoring NP accumulation and dissociation kinetics in tumor	20	Cy7
BALB/c mice, athymic nude mice bearing SKOV3 tumors	Targeted imaging tumor cells	12	Quantum dots
Breast cancer cells (MCF-7)	Detecting MCF-7 cell in breast cancer	120	PFVBT
Breast cancer cells (MCF-7)	Imaging double-stranded DNA	3.6	Ethidium bromide
HeLa cells	Detecting nanotoxicity in alive cells	18, 70	Perylenediimide
TT cells (human thyroid cancer cells), athymic nude mice bearing TT cells	Monitoring cellular uptake of nanoparticles and combined with therapy	14	UCNP
Nude mice	Detecting lymph node	55	IR

استخدام الجسيمات النانوية في التصوير بالرنين المغناطيسي MRI

التصوير بالرنين المغناطيسي MRI هو طريقة تصوير قوية تستخدم منذ فترة طويلة في التشخيص السريري. يعتمد على دوران البروتون عند وجود مجال مغناطيسي خارجي، حيث تتم إثارته بنبض ذو تردد راديوي. اعتمادًا على إشارة الرنين المغناطيسي النووي الصادرة عن البروتونات في الأجسام البشرية يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي دقة مكانية عالية ودقة زمنية وتباينًا ممتازاً للأنسجة الرخوة. كما أن لديه القدرة على إظهار المعلومات التشريحية المقطعية في شكل ثلاثي الأبعاد. تشمل حدود التصوير بالرنين المغناطيسي التكلفة وأوقات التصوير الطويلة نسبياً وحدود الأجهزة والأعضاء المزروعة المحتمل وجودها لدى المرضى. تساعد عوامل التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي بشكل كبير في اكتشاف الآفات والتمايز عن الأنسجة السليمة [2].

يمكن لعوامل التباين الجديدة بمقياس نانو متر أن تتيح استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي على مستويات الجينات والبروتين والخلية والأعضاء كما تعتمد التطبيقات الأخرى على الامتصاص الخلوي غير المحدد مثل تصوير الالتهاب وتحديد العقدة الليمفاوية الخبيثة وتتبع الخلايا الجذعية ومراقبة الغرسات الحيوية [2].

تم تلخيص أمثلة عن التصوير بالرنين المغناطيسي مع استخدام عوامل تباين نانوية بواسطة المرجع [2] أيضا في الجدول 2 بما في ذلك تكوين الجسيمات النانوية وطرق التصوير وحجم الجسيمات النانوية والتطبيقات الطبية الحيوية وما إذا كان قد تم تجريبه في الجسم الحي أو في المختبر.

Experiment model	Imaging	Applications	size (nm)	NP
VX-2 rabbit	T1	Imaging angiogenesis	273	Alpha(nu)beta(3)-Gd (paramagnetic particle)
SD rats	T1	Imaging placenta as blood-pool contrast	125	Liposomal gadolinium
NIH/3T3 and T6–17 cells	T2	Imaging target cells	74	Her2/neu-Oleosin-30G (Micelles)
RAW264.7 cells, BALB/c mice	T1,T2	New T1/T2 MRI contrast agent	50.4	G4.5-Gd2O3-PEG
GFP-R3230Ac cell line	T2	Tracking GFP gene marker	70-140	SPIO
ApoE-/- mice	T1	Imaging and characterizing atherosclerotic plaques	14-17	rHDL-Gd
Mouse	T1,T2	Blood-pool contrast with longer life-time	60	RBC encapsulated iron particles
HeLa cells	T2	Determining nanoparticle vehicle unpackaging for gene	100	USPIO-PEI
Mice bearing C26 and HT-29 cells	T1,T2	PH-activatable contrast in cancer	60	PEGMnCaP NPs
BALB/c nude mice	T1,T2	Imaging lymph node	100	Mn-nanotexaphyrin
Rabbit	T2	Delivering drug and MRI imaging	15-300	Micelles with PTX and SPIO
Porcine vascular smooth muscle cells	T1	Evaluating and quantifying drug delivery system for vascular restenosis	250	TF-biotinylated perfluocarbon-(Gd-DTPA-BOA)@(doxorubicin /paclitaxel)
Mouse	T2	Detecting and imaging thrombus	40	FibPep-ION-Micelles
C57BL/ 6 mice	T2	Imaging post-stroke neuroinflammation	50	P-selectin-MNP(iron oxide)-PBP
In vivo	T2	High power liver imaging contrast	80	Mn-SPIO micella
BALB/c nude mice	T1,T2	Imaging pancreatic islet graft	44	TMADM-03
Swiss mice	T2	Imaging and tracking stem cells	88.2	DHCA functioned IONP labeled hMSCs
LNCaP and PC3 cell line	T1,T2	Imaging prostate cancer cells and chemotherapy	66.4	TCL-SPION-Apt
Mice bearing MDA-MB-468 cells	F-MRI	Detecting breast cancer	7.8	HBPFPE-aptamer

استخدام الجسيمات النانوية في التصوير المقطعي المحوسب CT

يستفيد التصوير المقطعي المحوسب (CT) من توهين الأشعة السينية في الأنسجة لإنشاء صور مقطعية وثلاثية الأبعاد. نتيجة لسرعة الفحص وانخفاض التكلفة، وتحسين الكفاءة، وزيادة الدقة المكانية للتصوير السريري، سرعان ما حل التصوير المقطعي محل التصوير الشعاعي للفيلم العادي رغم الكميات الأكبر من التعرض للإشعاع المؤين [2].

تلعب عوامل التباين المقطعي المحوسب دورًا مهمًا في التمييز بين الأنسجة ذات معاملات التوهين المماثلة. حاليًا تعتمد عوامل التباين المقطعية المحوسبة في الوريد أساسًا على اليود. تشمل حدود عوامل التباين الميودنة الإزالة السريعة من الجسم والتسمم الكلوي المحتمل والتوزيع غير النوعي في الدم والأحداث الضارة الموثقة والحساسية المفرطة. نتيجة لذلك تم إدخال عوامل التباين النانوية للتغلب على هذه القيود وزيادة نطاق التصوير المقطعي المحوسب [2].

تم استخدام عوامل التباين النانوية في التصوير المقطعي المحوسب في أدوار متعددة بناءً على امتصاصها الخلوي، والقدرة على توليد توهين قوي للتصوير المقطعي المحوسب، وقدرات الاستهداف الخاصة بها. على سبيل المثال، تم استخدام جزيئات الذهب النانوية التي تبتلعها خلايا الدم الحمراء لتصوير تدفق الدم. اليود الشحمي مع وقت دوران طويل وتقوية التصوير المقطعي المحوسب قد تم استخدامه لتقييم الأوعية الورمية وتم استخدامه لتصوير سرطان البروستاتا. وأخيراً تم استخدام تراكم الجسيمات النانوية لثاني أكسيد الزركونيوم لتصوير الورم ومراقبة توزيع الأدوية [2].

يوضح الجدول 3 من المرجع [2] أمثلة عن التصوير المقطعي المحوسب مع استخدام عوامل تباين نانوية ويعرض تكوين الجسيمات النانوية وحجم الجسيمات النانوية والتطبيقات الطبية الحيوية وما إذا كان قد تم تجريبه في الجسم الحي أو في المختبر.

Experiment model	Applications	Size (nm)	NP
LNCaP and PC3 prostate cancer cells	Imaging prostate cancer cells	29.4	PSMA-specific aptamer conjugated AuNP
Apolipoprotein E-deficient mice	Imaging macrophage-rich atherosclerotic plaques	400	Liposomal iodine
Balb/c mice bearing 4T1/Luc cells	Identifying tumor vascular structure	100	Liposomal-iodine
In vitro	Producing greater imaging capability than iodine	<6	Tantalum oxide
In vitro	Incorporating RBC to image blood flow	20	AuNP
Mice bearing EMT-6 and CT-26 cells	Labelling tumor cells to image tumor growth	1	AuNP
B6C3f1 mice bearing Tu-2449 cells	Imaging brain malignant gliomas and enhancing radiotherapy	11	AuNP
Mice	AuNP with CT contrast capability	27-176	AuNP
Rat bearing R3230 AC cells	Imaging tumor	113	Liposomal iodine
FSL rat	Tracking mesenchymal stem cells	20	AuNP

استخدام الجسيمات النانوية في التصوير بالأمواج فوق الصوتية US

التصوير بالموجات فوق الصوتية US هو أحد أكثر طرق التصوير التشخيصي الطبي استخدامًا نظرًا لقابليته للنقل وعدم التوغل في الجسم والدقة المكانية العالية والتكلفة المنخفضة وخصائص التصوير في الوقت الفعلي. تم تطوير عوامل التباين المستخدمة في الموجات فوق الصوتية لتعزيز اختلاف الإشارات الصوتية بين الأنسجة السليمة والآفات المستهدفة. تتكون عوامل التباين بالموجات فوق الصوتية المتوفرة تجارياً من فقاعات صغيرة تتراوح في مقياس من 1 إلى 8 مايكرومتر. وقد تم استخدام تقنية النانو للتغلب على القيود المحتملة لعوامل التباين الحالية، فالجسيمات النانوية كعوامل تباين بالتصوير في الموجات فوق الصوتية أصغر بكثير من عوامل التباين بالموجات فوق الصوتية المستخدمة حالياً. فكما هو الحال مع الجسيمات النانوية الأخرى فإن الحجم الصغير يسهل استهداف الآفات، وتشمل التطبيقات تصوير الخلايا الجذعية واكتشاف الالتهاب وتوصيل الأدوية. ومع ذلك من أجل الحصول على ما يكفي من الانعكاس الصوتي تحتاج الجسيمات النانوية في الأمواج فوق الصوتية عادة إلى أن تكون أكبر من الجسيمات النانوية منها في CT أو MRI والتي تتراوح من مئات إلى آلاف النانومتر [2].

تم تلخيص أمثلة على عوامل التباين بالموجات فوق الصوتية للجسيمات النانوية في الجدول 4 حيث ذكر تكوين الجسيمات النانوية وتصنيفها وحجم الجسيمات النانوية والتطبيقات الطبية الحيوية وما إذا كان قد تم تجريبه في الجسم الحي أو مختبر [2].

Experiment model	Classification	Applications	Size (nm)	NP
Bel7402 and L02 cells	Liquid	Molecular tumor imaging agents	229.5	FA-PEG-CS and perfluorooctyl bromide nanocore
In vitro	Gas	Ultrasound imaging agents with potential therapeutic applications	3000	Silica coated NP into perfluorobutane microbubble
Wister rat	Gas	Ultrasound imaging agents	152	C3F8-filled PLGA
Label human mesenchymal stem cells and inject into nude mice	Solid	Stem cell imaging agent	30-150	Exosome-like silica NP
Rabbit vx2 tumor	Solid	Ultrasound imaging agents	260	Rattle-type MSN
C3H/HeN mice bearing SCC-7 cells	Gas	PH related contrast agents in tumor	290	Gas-NP
SKBR-3 and MDA-MB-231 human breast cancer cells	Solid	Specific detection of tumor molecular marker	250	PLA-herceptin
Athymic mice bearing N2a cells	Gas	PH related contrast agents in tumor	220	RVG-GNPs
Chicken embro HT1080-GFP and Hep3-GFP tumor	Gas	Tumor imaging contrast agent	185	Porphyrin nanodroplet
CD1 mice	Gas	Ultrasound imaging agents	100-200	PFC-NP(C4F10)

استخدام الجسيمات النانوية PET\SPECT

التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) هو تقنية طب نووي قوية ومستخدمة على نطاق واسع مع اختراق عالي للأنسجة وحساسية عالية وتصوير في الوقت الحقيقي. إلى جانب المعلومات التشريحية قد توفر PET أيضًا معلومات بيولوجية على المستوى الجزيئي بناءً على تتبع النويدات [2].

التصوير المقطعي المحوسب بانبعاث فوتون واحد (SPECT) هو تقنية أخرى للطب النووي مستخدمة على نطاق واسع ولها مزايا مماثلة مثل التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني حيث يمكنها اكتشاف الوظيفة كيميائية حيوية غير الطبيعية قبل حصول التغييرات في علم التشريح [2].

تشمل قيود PET / SPECT التكلفة العالية والتعرض الإشعاعي العالي [2].

تُستخدم الجسيمات النانوية في PET / SPECT بشكل أساسي في الكشف عن الأورام [2].

تم تلخيص أمثلة عن الجسيمات النانوية المستخدمة في التصوير PET\SPECT في الجدول 5 بما في ذلك تكوين الجسيمات النانوية والحجم والتطبيقات الطبية الحيوية وما إذا كان قد تم اختباره في الجسم الحي أو في المختبر [2].

Imaging modality	Experiment model	Applications	Size (nm)	NP
PET	Mice bearing U87MG tumor	Imaging tumor	100-150	F-labeled DBCO-PEGylated MSN
PET	Mice	Detecting pulmonary inflammation	200	I-labeled anti-ICAM-1/PVPh-NP
PET	Mice bearing neuro2A tumor	Monitoring pharmacokinetics and tumor dynamics	37	Cu labeled IT-101
PET	Athymic mice bearing CWR22 tumor cells	Imaging natriuretic peptide clearance receptor in prostate cancer	16-22	Cu labeled CANF-comb nanoparticle
PET	C57BL/6 mice deficient in apolipoprotein E	Imaging macrophages in inflammatory atherosclerosis	20	Cu-TNP
PET	C57BL/6 recipients of BALB/c allografts in mice	Detecting rejection and immunomodulation in cardiac allografts	20	Cu labeled CLIO-VT680
PET	C57BL/6 mice deficient in apolipoprotein E	Imaging atherosclerosis in artery	16-22	Cu labeled CANF-comb nanoparticle
SPECT	BALB/C mice	Monitoring distribution of nanoparticles	12	I silver nanoparticle
SPECT	U87MG, MCF7 cells and nude mice bearing U87MG cells	Detecting cancer cells and imaging tumor sites	31	I labeled cRGD-PEG-AuNP
SPECT	C57BL/6 mice, nude mice and BALB/c mice bearing 4T1-Luc2-GFP cells	Imaging lymph node metastasis	25	In labeled lipid/calcium/phosphate NPs
SPECT	Nude mice bearing U87MG cells	Tracking glioblastoma	70	In-MSN labeled neural stem cells
SPECT	4T1 TNBC mouse	Targeted imaging tumor	5	AuNPs(DAPTA)

حاضر ومستقبل تقنية النانو في التصوير الطبي

نستنتج مما تقدم أنه وبالمقارنة مع عوامل التباين التقليدية، أظهرت الجسيمات النانوية المستخدمة كعوامل تباين تحسناً في كثافة الإشارة وقدرة الاستهداف ووقت دوران أطول في الجسم الحي في كل من نماذج الأمراض المختبرية والحيوانية خاصة لتشخيص السرطان وعلاجه. فبمساعدة تقنية النانو أصبحت طرق التصوير الطبي المعروفة أكثر قوة من ذي قبل. وأظهرت تحسنًا واعداً، إذ تقدم تقنية النانو الجسيمات النانوية التي تَعدنا بإمكانيات ثورية لاستخدامها كعوامل تباين في التصوير الطبي لمجموعة متنوعة من التطبيقات السريرية. كما تحسن تصميم هذه الجسيمات بشكل كبير خلال العقد الماضي، مع تعدد الوظائف والاستهداف الأكثر كفاءة والتوافق الحيوي الأفضل، والعوامل المناسبة لكل طريقة تصوير متاحة.

في المرحلة الحالية من التطوير بشكل عام يمكن تصنيع عوامل التباين النانوية التي تمتلك السمات المطلوبة لأي تطبيق مرغوب. حيث يتطلب تصميم عوامل تباين الجسيمات النانوية الفعالة للتصوير دراسة متأنية للخصائص المطلوبة للتطبيق المعني. وبمجرد تحديد الخصائص المطلوبة يمكن تحديد الجسيمات النانوية المرشحة. ويمكن بعد ذلك تحسين تخليق الجسيمات لإنشاء جسيمات تجمع التباين مع العلاجات المضمنة المناسبة وطلاء السطح الأمثل وخصائص الاستهداف والحجم المحدد ودرجة عالية من التوافق الحيوي.

ومع ذلك، ما زال هناك مجال لتحسينات كبيرة في التوافق الحيوي والفعالية والخصوصية واكتشاف المزيد من الأمراض باكرًا. وأخيراً ستستمر تقنية النانو في إنتاج جسيمات جديدة تمتلك خصائص جديدة ومثيرة للاهتمام وسيتم استغلالها في التصوير الطبي. كما سيستمر تطوير طرق التصوير الطبي مما يتطلب تركيب جسيمات نانوية جديدة كعوامل تباين.

المصادر

[1]. AZONANO

[2]. NCBI

[3]. Nanotechnology in Medical Imaging | Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology (ahajournals.org)