حسگر جدیدی که میتواند نانوذرات را با دقت بالایی شناسایی کند

شناسایی نانو ذرات با دقت فوق العاده با حسگر جدید

محققان موسسه فناوری کارلسروهه نوع جدیدی از حسگر نوری را برای ردیابی حرکت نانوذرات توسعه داده اند. نانوذرات در محیط ما همه جا وجود دارند، ویروسها در هوای اتاق، پروتئینها در بدن، یا به عنوان بلوکهای سازنده مواد جدید برای صنعت الکترونیک یا در پوششهای سطحی نمونه هایی از نانوساختارها در محیط پیرامون هستند.

 با این حال، دیدن این ذرات ریز میتواند مشکل ساز باشد، آنها به قدری کوچک هستند که نمی توان آنها را در زیر میکروسکوپ نوری معمولی مشاهده کرد. معمولا محققان موسسه فناوری کارلسروهه (KIT ) آلمان، حسگری ساخته اند که با آن نه تنها میتوانند نانوذرات را شناسایی کنند، بلکه می توان خواص آنها را نیز تعیین کرد و حرکت فضایی این ذرات را نیز ردیابی نمود.

آنها حسگر بسیار حساس و بسیار فشرده خود را که یک تشدیدکننده جدید Pérot-Fabry است، در مقاله ای در Communications Nature تشریح کردند. میکروسکوپهای معمولی تصاویر بسیار بزرگ شده ای از ساختارها یا اشیاء کوچک تولید می کنند.

 با این حال، از آنجایی که نانوذرات، به دلیل اندازه بسیار کوچک، به سختی نور را جذب یا پراکنده میکنند، نامرئی می مانند. از سوی دیگر تشدیدگرهای نوری، برهم کنش بین نور و نانوذرات را تقویت میکنند.

آنها نور را با هزاران بار انعکاس بین دو آینه در یک فضای کوچک به دام می اندازند. اگر یک نانوذره در میدان نوری به دام افتاده وجود داشته باشد، آن ذره هزاران بار با نور برهم کنش میکند و امکان اندازه گیری تغییر شدت نور را فراهم میکند.

بیشتر بخوانید: تقویت حسگرهای نوری با فناوری نانو برای کمک به توسعه اینترنت اشیا

دکتر الریسا کوهلر از مؤسسه فیزیک در KIT میگوید:«از آنجایی که میدان نور در نقاط مختلف فضا شدتهای متفاوتی دارد، میتوانیم در مورد موقعیت نانوذره در فضای سه بعدی نتیجه گیری کنیم.» تشدیدکننده حرکات نانوذرات را قابل مشاهده میکند. همچنین زمانی که یک نانوذره در آب است، با مولکولهای آب برخورد میکند که به دلیل انرژی حرارتی در جهت های دلخواه حرکت می کنند. در نتیجه این برخوردها، نانوذره نوعی حرکت لرزان را تجربه میکند.

ما اکنون میتوانیم این حرکت براونی را نیز درک کنیم. تا به حال، امکان ردیابی حرکت فضایی یک نانوذره با تشدیدگر نوری وجود نداشت، اما فقط میتوان گفت که آیا یک ذره در میدان نوری قرار دارد یا خیر.

اما این تشدیدکننده جدید مبتنی بر فیبر Pérot-Fabry ،که در آن آینه های بازتابنده بر روی سطوح انتهایی الیاف شیشه قرار دارند، امکان استخراج شعاع هیدرودینامیکی ذره، یعنی ضخامت هاله یونی یا پوسته هیدراتاسیون اطراف ذره را فراهم میکند.

این موضوع مهم است زیرا خواص نانوذره را تغییر میدهد. کوهلر میگوید: «به عنوان مثال، به دلیل پوسته هیدراتاسیون، هنوز هم میتوان نانوذراتی را شناسایی کرد که بدون این پوسته بسیار کوچک هستند. پوسته هیدراتاسیون اطراف پروتئینها یا سایر نانوذرات زیستی نیز میتواند بر فرآیندهای زیستی تأثیر بگذارد.»

محققان از کاربردهای احتمالی تشدیدگر خود به تشخیص حرکت سه بعدی با وضوح زمانی بالا و مشخص کردن ویژگیهای نوری نانوذرات زیستی مانند پروتئینها، اوریگامی DNA یا ویروسها اشاره کردند. بنابراین، این حسگر میتواند اطلاعات تازهای در مورد فرآیندهای زیستی که هنوز درک نشده اند ارائه دهد.

منبع خبر: پایگاه خبری فناوری نانو ایران