ارزیابی نظری و محاسباتی استفاده از فنآوری نانوالکترونیک در رصد هدفمند امواج الکتریکی مغز

زمینه و هدف: امروزه با استفاده از دانش و فناوری نانو(نانوالکترونیک مولکولی) می‌توان به مطالعه سلول‌های عصبی پرداخت. بررسی‌های صورت گرفته نشان داده است که اختلال در علمکرد طبیبعی سلول‌های مغزی می‌تواند زمینه‌ساز بروز حملات مغزی عصبی شود. از جمله شایع‌ترین بیماری‌ها(نقایض)سامانه عصبی مغز، حملات صرعی می‌باشد؛ در چنین حالتی، به دلیل تخلیه الکتریکی گروهی از نورون‌های مغزی، پتانسیل الکتریکی آستانه‌ای امواج مغزی از حالت طبیعی بیشتر شده که این موضوع می‌تواند موجب تشنج در فرد بیمار یا مصروع شود، لذا هدف از این مطالعه تعیین و ارزیابی نظری و محاسباتی استفاده از فنآوری نانوالکترونیک مولکولی در رصد هدفمند امواج الکتریکی مغز بود. روش بررسی: این یک مطالعه توصیفی تحلیلی می‌باشد که در سال 1398 در دانشگاه قم انجام شد. در این پژوهش سامانه‌ای مولکولی جهت تشخصیص امواج الکتریکی مخرب مغز(امواج فراتراز حد آستانه امواج طبیعی مغز) در افراد بیمار یا صرع طراحی شد. در این راستا، چندین سامانه مولکولی مانند؛ سیم، کلید و حافظه مولکولی جهت رصد امواج الکتریکی مغز پیشنهاد(طراحی) گردید. از این مدار مولکولی می‌توان برای پیش‌بینی زمان‌های نزدیک به حملات عصبی‌ مغزی استفاده کرد. در این راستا، با استفاده از نظریه کوانتومی تابعیت چگالی(در سطح محاسباتی dftb3lyp/631g)، برخی از خصوصیات الکترونیکی سامانه‌های مولکولی مطالعه مورد بررسی قرار گرفت. هم‌چنین، از نرم‌افزارکوانتومی گوسین(g09) نیز جهت انجام محاسبات استفاده شد. دراین راستا، در غیاب و در حضور میدان الکتریکی خارجی ساختار مولکولی بهینه و تابع موج الکترونی قطعات مولکولی پیشنهادی مورد مطالعه ارزیابی و محاسبه شد. داده‌های به دست آمده با استفاده از نرم‌افزارهای کوانتومی گوسین(g09) و گاوس ویو(gv5) تجزیه و تحلیل شد. یافته‌ها: نتایج این مطالعه نظری‌ محاسباتی(غیربالینی) نشان داد که طراحی سامانه‌ها(قطعات) مولکولی با قابلیت پاسخگویی به امواج مغزی امکان‌پذیر است. محاسبات صورت گرفته نشان داد کلیه نانوادوات به کار گرفته شده در این سامانه مولکولی قابلیت کارکرد در محدوده امواج مغزی را داشته، لذا حین بروز حملات عصبی مغزی می‌توانند با اعلام هشدار فرد یا اطرافیان او را از بروز این حملات آگاه سازند. نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج به دست آمده در این پژوهش، این امکان فراهم می‌شود که به طراحی دستگاه و ادوات نانوپزشکی(مانند سامانه‌های هشدار دهنده برای حملات عصبی و قلبی) پرداخت. در این راستا، می‌توان از دانش الکترونیک مولکولی استفاده کرد، چنین ادوات مولکولی می‌توانند افق‌های جدیدی را در بهبود کیفیت درمان وزندگی بیماران عصبی بگشاید.

Theoretical and Computational Evaluation of the Use of Molecular Nanoelectronic Technology in Targeted Monitoring of Electrical Brain Waves

Background aim: Today, nerve cells can be studied using nanotechnology (molecular nanoelectronics). Studies have shown that disturbances in the normal functioning of brain cells can lead to neuropsychiatry attacks. One of the most common diseases (disorders) of the nervous system of the brain is epileptic seizures. In this case, due to electrical discharge of a group of brain neurons, the electrical potential of the brainwave thresholds is higher than normal, which can cause seizures or seizures in the patient. Therefore, the aim of this study was to determine and evaluate theoretically and computationally the use of molecular nanoelectronic technology in the purposeful observation of electrical waves in the brain. Methods: In the present theoreticalcomputational study conducted at Qom University in 2020, a molecular system for the detection of destructive electrical waves in the brain (waves beyond the threshold of normal brain waves) in patients with epilepsy was discussed. In this regard, several molecular systems such as; Wires, switches, and molecular memory were proposed to monitor electrical waves in the brain. This molecular circuit could be used to predict times close to neurocerebral attacks. In this regard, using the quantum theory of density citizenship (at the computational level of DFTB3LYP / 631G), some electronic properties of molecular systems were studied. Gaussian quantum software (G09) was also used to perform the calculations. In this regard, in the absence and the presence of an external electric field, the molecular structure was optimized. Then the electron wave function of the proposed molecular components was investigated. The obtained data here were analyzed using Gaussian (G09) and GaussView(GV5) quantum software. Results: The results of the present theoreticalcomputational (nonclinical) study revealed that the design of molecular systems (components) with the ability to respond to brain waves was possible. Calculations indicated that all nanomaterials used in this molecular system could function within the range of brain waves. Therefore, during the occurrence of neurocerebral attacks, they can alert the person or those around him by informing him of the occurrence of these attacks. Conclusion: Based on the results gained from the present study, it possible to design devices and equipment for Nanomedicine (such as warning systems for neurological and heart attacks) payment. In this regard, molecular electronic knowledge can be used, such molecular devices can open new horizons in improving the quality of treatment and life of neurological patients.