گوش دادن به موسيقي مولکول‌ها
محققان با استفاده از انرژي ارتعاشي موجود بين اشياي نانو مقياس، حسگرهايي را براي آشکارسازي شيميايي زيستي، تابشي و حتي صوتي طراحي کردند.
به گزارش ایرنا، اين حسگر مي‌تواند به موسيقي که يک مولکول توليد مي‌کند، گوش دهد.
اين آشکارسازها کاربردهايي چون نانوزيست فناوري، بازبيني محيطي و کاربردهاي ضد ترور يا نظامي دارند.
آشکارسازي وجود يک ماده مشخص در سطح مولکولي (تا حد يک تک مولکول)، يکي از بزرگ‌ترين چالش‌هاي فناوري نانوحسگرها بوده است.
اين تحقيق دانشگاه کاليفرنيا مورد حمايت مالي بنياد ملي علوم آمريکا قرار گرفته است و سرپرستي آن بر عهده جفري گراسمن، مدير گروه علوم نانوي محاسباتي در دانشگاه مذکور بوده است.
گراسمن گفت: ما نشان داديم در صورت نوسان يک جسم نانومقياس (با بسامدي يکسان) با يک جسم نانومقياس ديگر ـ در تشديد ـ اين دو جسم مي‌توانند به شکل مؤثري با يکديگر حرارت مبادله کنند و در همين حين، اگر دو جسم مذکور با بسامدي متفاوت نوسان کنند، شارش حرارت متوقف شده و انرژي منتقل نشده و يا به ميزان کمي منتقل مي‌شود.
گراسمن و گروهش نشان دادند که مي‌توان از اين تبادل نانومکانيکي انرژي براي اهداف آشکارسازي يا تعيين خصوصيات يک گونه مولکولي ناشناخته بهره گرفت. آنها روش آشکارسازي جديد خود را طيف‌نمايي تشديدي نانومکانيکي يا NRS ناميده‌اند.
در اين روش از آرايه‌اي از تشديدکننده‌هاي نانومکانيکي استفاده شده و به کمک آنها بسامدهاي ارتعاشي يک تحليل‌گر حرارت‌داده‌شده (برانگيخته حرارتي) تعيين مي‌شوند.
گراسمن در تجسمي ساده از اين روش گفت: اين روش همانند آن است که مجموعه‌اي از دوشاخه‌هاي نانويي را به يک مولکول ملحق کنيم و ببينيم کدام يک از آنها تحريک مي‌گردند. اين مجموعه مي‌تواند نت‌هاي موسيقي را ثبت کند که منحصر به يک مولکول خاص است و به اين ترتيب مي‌توان مولکول‌ها را شناسايي کرد.
حسگر طراحي شده جديد قادر است به موسيقي توليد شده به وسيله يک مولکول و بدون نياز به چسبيدن مولکول به يک سطح، گوش کند؛ به اين ترتيب مي‌توان اندازه‌گيري‌هاي ادامه‌داري را بدون نياز مبرم به تميزسازي و راه‌اندازي مجددِ حسگر انجام داد.
نتيجه اين فرايند، ساخت يک سيستم آشکارساز نانويي است که مي‌تواند بدون اعمال گام‌هاي شيميايي وظيفه‌دارساز (به‌عنوان مثال ساخت يک جفن ژن - آنتي‌ژن براي مولکول‌هاي زيستي که در روش‌هاي کنوني استفاده مي‌شود) گونه‌هاي متفاوتي از اجسام و انرژي‌ها را شکارسازي نمايد.
گراسمن عنوان کرد که بايد در زمينه نحوه توزيع انرژي حرارتي در بسامد و تأثير اين توزيع بر روي نحوه انتقال حرارت، مطالعات بيشتري انجام شود.
در تحقيق اخير، گراسمن و همکارانش تلاش کرده‌اند پديده‌هاي گرمايي نانومقياس را با وابستگي بسامدي آنها شناسايي کنند؛ به عبارت ديگر از ماهيت موجي حرارت بهره بگيرند، زيرا در چنين ابعادي، مفهوم دما (ميانگين زماني انرژي حرارتي) براي تعيين رفتار يک سيستم کافي نيست.
تاکنون ابزارهاي NRS به‌صورت عملي ساخته نشده‌اند؛ اما دانشمندان معتقدند راه‌هاي مختلفي براي انجام اين کار وجود دارد.
کاربردهاي بسيار زيادي براي يک سيستم آشکارسازي حساس و بدونِ برچسب (همانند آنچه گراسمن و گروهش معرفي کرده‌اند) وجود دارد.
چنين سيستمي در حوزه‌هايي چون پزشکي، امنيت ملي، بازبيني محيطي و انرژي و آب پاک بسيار سودمند خواهد بود.
به گزارش ایرنا، اين حسگر مي‌تواند به موسيقي که يک مولکول توليد مي‌کند، گوش دهد.
اين آشکارسازها کاربردهايي چون نانوزيست فناوري، بازبيني محيطي و کاربردهاي ضد ترور يا نظامي دارند.
آشکارسازي وجود يک ماده مشخص در سطح مولکولي (تا حد يک تک مولکول)، يکي از بزرگ‌ترين چالش‌هاي فناوري نانوحسگرها بوده است.
اين تحقيق دانشگاه کاليفرنيا مورد حمايت مالي بنياد ملي علوم آمريکا قرار گرفته است و سرپرستي آن بر عهده جفري گراسمن، مدير گروه علوم نانوي محاسباتي در دانشگاه مذکور بوده است.
گراسمن گفت: ما نشان داديم در صورت نوسان يک جسم نانومقياس (با بسامدي يکسان) با يک جسم نانومقياس ديگر ـ در تشديد ـ اين دو جسم مي‌توانند به شکل مؤثري با يکديگر حرارت مبادله کنند و در همين حين، اگر دو جسم مذکور با بسامدي متفاوت نوسان کنند، شارش حرارت متوقف شده و انرژي منتقل نشده و يا به ميزان کمي منتقل مي‌شود.
گراسمن و گروهش نشان دادند که مي‌توان از اين تبادل نانومکانيکي انرژي براي اهداف آشکارسازي يا تعيين خصوصيات يک گونه مولکولي ناشناخته بهره گرفت. آنها روش آشکارسازي جديد خود را طيف‌نمايي تشديدي نانومکانيکي يا NRS ناميده‌اند.
در اين روش از آرايه‌اي از تشديدکننده‌هاي نانومکانيکي استفاده شده و به کمک آنها بسامدهاي ارتعاشي يک تحليل‌گر حرارت‌داده‌شده (برانگيخته حرارتي) تعيين مي‌شوند.
گراسمن در تجسمي ساده از اين روش گفت: اين روش همانند آن است که مجموعه‌اي از دوشاخه‌هاي نانويي را به يک مولکول ملحق کنيم و ببينيم کدام يک از آنها تحريک مي‌گردند. اين مجموعه مي‌تواند نت‌هاي موسيقي را ثبت کند که منحصر به يک مولکول خاص است و به اين ترتيب مي‌توان مولکول‌ها را شناسايي کرد.
حسگر طراحي شده جديد قادر است به موسيقي توليد شده به وسيله يک مولکول و بدون نياز به چسبيدن مولکول به يک سطح، گوش کند؛ به اين ترتيب مي‌توان اندازه‌گيري‌هاي ادامه‌داري را بدون نياز مبرم به تميزسازي و راه‌اندازي مجددِ حسگر انجام داد.
نتيجه اين فرايند، ساخت يک سيستم آشکارساز نانويي است که مي‌تواند بدون اعمال گام‌هاي شيميايي وظيفه‌دارساز (به‌عنوان مثال ساخت يک جفن ژن - آنتي‌ژن براي مولکول‌هاي زيستي که در روش‌هاي کنوني استفاده مي‌شود) گونه‌هاي متفاوتي از اجسام و انرژي‌ها را شکارسازي نمايد.
گراسمن عنوان کرد که بايد در زمينه نحوه توزيع انرژي حرارتي در بسامد و تأثير اين توزيع بر روي نحوه انتقال حرارت، مطالعات بيشتري انجام شود.
در تحقيق اخير، گراسمن و همکارانش تلاش کرده‌اند پديده‌هاي گرمايي نانومقياس را با وابستگي بسامدي آنها شناسايي کنند؛ به عبارت ديگر از ماهيت موجي حرارت بهره بگيرند، زيرا در چنين ابعادي، مفهوم دما (ميانگين زماني انرژي حرارتي) براي تعيين رفتار يک سيستم کافي نيست.
تاکنون ابزارهاي NRS به‌صورت عملي ساخته نشده‌اند؛ اما دانشمندان معتقدند راه‌هاي مختلفي براي انجام اين کار وجود دارد.
کاربردهاي بسيار زيادي براي يک سيستم آشکارسازي حساس و بدونِ برچسب (همانند آنچه گراسمن و گروهش معرفي کرده‌اند) وجود دارد.
چنين سيستمي در حوزه‌هايي چون پزشکي، امنيت ملي، بازبيني محيطي و انرژي و آب پاک بسيار سودمند خواهد بود.
