خلاصه:
یک روش جدید، ساده و ارزان که از نور ماوراء بنفش برای کنترل حرکت و مونتاژ ذرات در مایعات استفاده می‌کند، می‌تواند تحویل دارو، سنسورهای شیمیایی و پمپ های مایع را بهبود بخشد.
تعداد کلمات: 1130  /  تخمین زمان مطالعه: 5 دقیقه

 

 
 

مترجم: علی رضایی میر قائد     

توضیح تصویر:
یک روش جدید، از نور ماوراء بنفش و مقدار کمی از نانو ذرات طلا یا دی اکسید تیتانیوم استفاده می‌کند تا ذرات بزرگتر را در لکه نور جمع آوری کند. این روش برای گردآوری ذرات پلی استایرن مورد استفاده قرار می‌گیرد که همانطور که در این تصویر نشان داده شده است یک ساختار به خوبی بسته بندی شده به نام کریستال کلوئیدی را شکل می‌دهد.
 

 یک روش جدید، ساده و ارزان که از نور ماوراء بنفش برای کنترل حرکت و سوار سازی ذرات در مایعات استفاده می‌کند، می‌تواند تحویل دارو، سنسورهای شیمیایی و پمپ‌های مایع را بهبود بخشد. این روش ذرات را از مایکرودانه‌های پلاستیک گرفته، تا اسپورهای باکتریایی و تا آلاینده‌ها بر می‌انگیزاند تا در یک مکان خاص در یک مایع جمع و سازماندهی شوند و در صورت لزوم به مکان‌های جدید حرکت کنند. یک مقاله در توصیف این روش جدید در مجله Angewandte Chemie به چاپ رسیده است.
 
Ayusman Sen، استاد برجسته شیمی و نویسنده ارشد این مقاله گفت: "بسیاری از برنامه‌های مربوط به سنسورها، تحویل دارو و فناوری نانو نیاز به کنترل دقیق جریان مایع دارند." "محققان تعدادی از استراتژی‌ها را برای این کار توسعه داده‌اند، از جمله نانوموتورها و پمپ‌های مایع، اما قبل از این مطالعه، ما روش آسانی برای جمع آوری ذرات در یک مکان خاص نداشتیم تا این استراتژی‌ها بتوانند یک عمل مفید انجام دهند و سپس آنها را به یک مکان جدید حرکت دهند به طوری که آنها بتوانند دوباره عملکرد را انجام دهند." از نور ماوراء بنفش برای کنترل حرکت و سوار سازی ذرات در مایعات استفاده می‌شود.

 
Sen گفت: "برای مثال فرض کنید می‌خواهید سنسوری بسازید برای آشکار سازی ذرات یک آلاینده یا هاگهای باکتریایی در یک نمونه آب" " با استفاده از این روش جدید، می توانیم به سادگی نانو ذرات طلا یا دی اکسید تیتانیوم را اضافه کنیم و نور را روشن کنیم تا ذرات آلاینده یا اسپورها را برای جمع شدن برانگیزانیم. با تمرکز دادن آنها در یک نقطه، آنها را آسان تر می‌توان آشکار کرد. و چون نور را به راحتی می‌توان دستکاری کرد، در این روش ما دارای سطح بالایی از اِعمالِ کنترل هستیم. "
 
همانطور که ذرات آلاینده را می توان در یک مکان خاص جمع آوری کرد، این روش می‌تواند برای جمع آوری سیلیکا یا دانه های پلیمری، که حاوی مواد مفید مانند آنتی بادی‌ها یا دارو هستند، در مکان‌های خاصی در یک مایع استفاده شود.
 
روش جدید ابتدا شامل اضافه کردن مقدار کمی از نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم یا طلاست به مایع، مانند آب، که همچنین شامل ذرات بزرگتر مورد علاقه‌ای از جمله آلاینده‌ها یا دانه‌های حمل بار است. درخشش نور در یک نقطه خاص در مایع، نانو ذرات کوچک فلز را گرم می کند و سپس حرارت به مایع منتقل می‌شود. مایع گرمتر در نقطه نور بالا می‌رود - درست همانطور که هوای گرم در اتاق سرد بالا می‌رود - و آب سردتر می‌آید تا فضایی را که آب گرم رها کرده است پر کند و ذرات بزرگتر را با خود می‌آورد.
 
بنجامین تانسسی، دانشجوی کارشناسی شیمی در دانشگاه پنسیلوانیا و نخستین نویسنده این مقاله، گفت: "این باعث می‌شود که ذرات بزرگتر در نقطه نور UV جمع شوند، جایی که آنها کاملاً به هم فشرده می‌شوند و ساختارهای سازمان یافته کاملی به نام بلورهای کلوئیدی تشکیل می‌دهند." "تغییر شدت نور یا مقدار دی اکسید تیتانیوم یا ذرات طلا باعث تغییر سرعت این روند می‌شود."
 
هنگامی که نور برداشته شود، ذرات بزرگتر به طور تصادفی از طریق مایع پخش می‌شوند. اما اگر به جای آن، نور تغییر مکان بدهد، ذرات بزرگتر به سمت نقطه جدید نور حرکت می‌کنند، و عمدتا همانطور که حرکت می‌کنند ساختار خود را حفظ می‌کنند. این پویا سازی، جداسازی و حرکت ذرات سازمان یافته ممکن است پیامدهای مهمی برای سنجش و تحویل دارو داشته باشد.
 
تانسی گفت: "این فرایند زمانی مفید است که از نانوذرات طلا استفاده شود، اما ما می‌خواستیم جایگزینی پیدا کنیم که ارزان‌تر و قابل دسترس‌تر باشد." "ما خوشحال شدیم که این روش همچنین با دی اکسید تیتانیوم، یک نانو نقره ارزان قیمت و بی ضرر که در لوازم آرایشی و به عنوان افزودنی مواد غذایی استفاده می‌شود، کار می‌کند."
 
محققان علاوه بر آب، اثربخشی این روش را در هگزادکان، یک مایع آلی، نشان دادند.
 
Sen گفت: "ذرات معمولا در محیط‌های نمکی یا غیر آبی خیلی خوب جمع نمی‌شوند زیرا همه چیز به هم می‌چسبد." "اما در اینجا ما نشان می‌دهیم که ذرات می‌توانند با استفاده از این روش در هگزادکان جمع شوند، که این نشان می دهد که ما می‌توانیم از این تکنیک به عنوان مثال در مایعات بیولوژیکی استفاده کنیم. تا آنجا که دانش ما اجازه می‌دهد این اولین تظاهرات پمپاژ سیال به وسیله نور در یک محیط ارگانیک است." درخشش نور در یک نقطه خاص در مایع، نانو ذرات کوچک فلز را گرم می کند و سپس حرارت به مایع منتقل می‌شود. مایع گرمتر در نقطه نور بالا می‌رود و آب سردتر می‌آید تا فضایی را که آب گرم رها کرده است پر کند و ذرات بزرگتر را با خود می‌آورد.

 
اعضای تیم تحقیقاتی دانشگاه پیتزبورگ به رهبری آنا بلواز از مدل‌های ریاضی برای توصیف پویایی سیستم استفاده کردند. علاوه بر توصیف اینکه چگونه ذرات در سیستم حرکت می‌کنند، مدل‌ها تایید می‌کنند که تنها یک تغییر جزئی در درجه حرارت - کمتر از یک درجه سانتیگراد – ناشی از نور ماوراء بنفش برای ایجاد جریان سیال لازم است.
 
تیم تحقیق در حال حاضر محدودیت‌های این روش را آزمایش می‌کند، مثلا آیا ذرات می‌توانند به سمت منبع نور به طرف بالا حرکت کنند یا آیا از این روش می‌توان برای دسته بندی ذرات بر حسب اندازه استفاده کرد.
 
تانسی گفت: "ما می‌دانستیم که نانوذرات طلائی در تعلیق می‌توانند یک جریان مایع ایجاد کنند، اما قبل از این مطالعه هیچ کس به دنبال بررسی این که آیا از این نوع جریان‌های مایع حرارتی می‌توان برای انجام کاری مفید استفاده کرد نبود. از آنجا که کنترل نور ماوراء بنفش و دی اکسید تیتانیوم بسیار آسان است، ما فکر می‌کنیم که این روش می‌تواند در آینده در فن آوری‌های مختلف مورد استفاده قرار گیرد. مثلا یک پمپ سیال که به این روش متکی است می‌تواند بالقوه جایگزین پمپ‌های سنگین و گران قیمتی شود که نیاز به یک منبع برق دارند یا بر مغناطیس یا حرکت مکانیکی متکی هستند."
 
تیم تحقیقاتی علاوه بر Sen، Tansi و Balazs شامل Matthew Peris در Penn State و اولگ Shklyaev در دانشگاه پیتزبورگ است. این کار توسط بنیاد ملی علوم حمایت شد.
 
برگرفته از سایت ساینس دِیلی