محققان موفق به ساخت حسگر جدیدی برای ردیابی دقیق‌تر حرکت نانوذرات شدند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، 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 نمونه‌هایی از نانوساختار‌ها در محیط پیرامون هستند. با این حال، دیدن این ذرات ریز می‌تواند مشکل‌ساز باشد، آن‌ها به قدری کوچک هستند که معمولاً نمی‌توان آن‌ها را در زیر میکروسکوپ نوری معمولی مشاهده کرد.

محققان موسسه فناوری کارلسروهه (KIT)، آلمان، حسگری ساخته‌اند که با آن نه تنها می‌توانند نانوذرات را شناسایی کنند، بلکه خواص آن‌ها را نیز تعیین کرد و حرکت فضایی این ذرات را نیز ردیابی نمود. آن‌ها آشکارساز بسیار حساس و بسیار فشرده خود را که یک تشدیدکننده جدید Fabry-Pérot است، در مقاله‌ای در Nature Communications تشریح کردند.

میکروسکوپ‌های معمولی تصاویر بسیار بزرگ شده‌ای از ساختار‌ها یا اشیاء کوچک تولید می‌کنند. با این حال، از آنجایی که نانوذرات، به‌دلیل اندازه بسیار کوچک، به سختی نور را جذب یا پراکنده می‌کنند، نامرئی می‌مانند. از سوی دیگر تشدیدگر‌های نوری، برهمکنش بین نور و نانوذرات را تقویت می‌کنند. آن‌ها نور را با هزاران بار انعکاس بین دو آینه در یک فضای کوچک به دام می‌اندازند.

اگر یک نانوذره در میدان نوری به دام افتاده وجود داشته باشد، آن ذره هزاران بار با نور برهمکنش می‌کند و امکان اندازه‌گیری تغییر شدت نور را فراهم می‌کند. دکتر لاریسا 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 سه‌بعدی نتیجه‌گیری کنیم.»

تشدیدکننده حرکات نانوذرات را قابل مشاهده می‌کند. همچنین زمانی که یک نانوذره در آب است، با مولکول‌های آب برخورد می‌کند که به‌دلیل انرژی حرارتی در جهت‌های دلخواه حرکت می‌کنند. 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 Fabry-Pérot، که در آن آینه‌های 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: «به‌عنوان مثال، به‌دلیل 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 سه‌بعدی 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 نشده‌اند ارائه دهد.