بزرگنمايي:
محققان اين دانشگاه معتقدند اين روش، اولين روش فوق سريع براي اندازه‌گيري سرعت انتقال نانوذرات طلا در آب محسوب مي‌شود.
نام اين روش ذره بيني الکتروني چهاربعدي در مايعات است. زماني که
نانوذرات طلا که به نور حساس هستند، با پالس‌هاي قدرتمند ليزر برانگيخته
مي‌شوند، نيروي قدرتمندي از طرف نانوحباب‌هاي توليد شده در اطراف سطح اين
ذرات ايجاد مي‌شود که مي‌تواند به توسعه نانومواد حساس به نور در محيط‌هاي
مايع کمک زيادي بکند.
حرکت ذرات معلق در مايعات يک حرکت نامنظم و تصادفي است که اولين بار
بوسيله "رابرت براون"(Robert Brown) در سال 1827 ديده شد که به افتخار وي
به آن حرکت براوني نيز گفته مي‌شود. اين حرکت سبب مي‌شود ذرات پراکنده شده و
با هم مخلوط شوند. آلبرت اينشتين در سال 1905 نشان داد که اين حرکت به
خاطر برخورد ذرات با مولکول‌هاي محيط اطراف است.
در سال‌هاي اخير محققان به مطالعه حرکت‌هاي به دور از تعادل پرداخته‌اند
تا بتوانند از اصول حرکت براوني براي کاربردهاي پزشکي و نانوفناوري بهره
بگيرند.
دستاورد محققان "کلتک" يکي از نمونه‌هاي استفاده از اين قاعده در رابطه با دنياي نانومواد است.
سرزمين ايرانيان- در اينجا يک نيروي خارجي مي‌تواند ذره را از تعادل خارج کرده و به حرکت
براوني وادار کند. چنين سامانه‌هايي در طبيعت به وفور ديده مي‌شوند که از
نمونه‌هاي آن مي‌توان به حرکت باکتري‌ها و سلول‌ها اشاره کرد.
اين نيروها به عنوان يک موتور محرک مصنوعي حساس به نور براي به حرکت
درآوردن نانو ذرات محسوب مي‌شوند و مي‌توانند در جراحي‌هاي غيرتهاجمي و
همچنين دارورساني در بدن مورد استفاده قرار بگيرند.
شناخت صحيح روند حرکتي نانومواد در مايعات به دليل نبود تکنيک‌هاي
کارآمد در تصويربرداري ميکروسکوپيک از مايعات يکي از چالش‌هاي پيش روي
محققان محسوب مي‌شود.
براي مثال، ميکروسکوپ الکتروني سلول مايع ابزار نسبتا مناسبي است، اما
تصاويري که به دست آمده است، يا ثابت هستند يا به دليل پاسخ ميلي ثانيه از
آشکارساز به آرامي به دست مي‌آيند و نمي‌توانند نيازهاي محققان را برآورده
کنند.
محققان "کلتک" به رهبري "احمد زويل"محقق مصري که متاسفانه سال گذشته فوت
کرد، به تازگي يک تکنيک به نام "4D-EM" ايجاد کرده‌اند که مدت زمان پاسخ
دهي آن محدود نيست، اما اولين ميکروسکوپ آنها تنها قادر به کار در حالت
جامد بود.
همين تيم در حال حاضر به طور موفقيت آميز تکنيک را بهبود مي‌بخشد.
تکنيکي که آنها آن را "سلول مايع 4D-EM" ناميده‌اند. بنابراين در فاز مايع
کار مي‌کند و از آن براي تصوير برداري از تبديل فوق العاده سريع و چرخش
نانوذرات طلا در آب به عنوان ذرات برانگيخته با پالس‌هاي فمتوثانيه‌اي (يک
ميليون ميلياردم ثانيه يا 10 به توان منفي 15) ليزر استفاده مي‌شود.
محققان افزايش چهار تا پنج برابري ضريب انتشار نانوذرات را تحت قرارگيري
در معرض اشعه ليزر، مشاهده کردند. اين افزايش معادل با انتشار در سرعت‌هاي
نانو ثانيه است.
آنها مي‌گويند اين حرکت به واسطه تشکيل نانوحباب‌هاي عکس گرفته شده بر روي سطح ذرات هدايت مي‌شود و سپس ذرات را به حرکت در مي‌آورد.
اين حباب‌ها را مي‌توان با استفاده از "4D-EM" همزمان با حرکت ذرات مشاهده کرد.
با استفاده از پالس‌هاي برانگيزاننده مداوم و مکرر، گرما توليد مي‌شود
که منجر به ترکيب نانوحباب‌هاي کوچکتر مي‌شود تا نمونه‌هاي بزرگتر و قابل
رويت آنان بتوانند نانوذرات را در مسيرهاي مختلف حرکت دهند.
"ژوون فو" سرپرست تيم تحقيقاتي توضيح مي‌دهد: "4D-EM" يک تکنيک
تصويربرداري فوق العاده سريع است که ليزرهاي فوق سريع و انتقال ميکروسکوپي
الکتروني را ترکيب مي‌کند.
وي افزود: ما از دو پرتو فوق کوتاه ليزر استفاده مي‌کنيم. اولين مورد
براي حرکت ذرات در مايع استفاده مي‌شود، در حالي که يک پالس الکتروني دقيق
که توسط پالس دوم ليزر فوق توليد شده است، براي تصويربرداري از حالت زود
گذر فرآيند ديناميکي استفاده مي‌شود.
براي تصويربرداري از فرآيند انتشار سريع نانو ذرات در مايع، ما يک سلول
مايع طراحي کرديم که يک لايه فوق نازک (صدها نانومتر) را در تگنا قرار
مي‌دهد و آن را با "4D-EM" ادغام مي‌کند.
اين سلول مايع مي‌تواند در خلاء بالا کار کند و براي هر دو پالس‌هاي
ليزري فوق کوتاه و پالس‌هاي الکتروني، تصويربرداري با رزولوشن بالا با يک
پالس الکتروني ضعيف و عکاسي نانوذرات برانگيخته شده در مايع را امکان پذير
مي‌سازد.
"فو" خاطرنشان کرد: براي تصويربرداري از تحرکات نانوذرات در مايعات ما
يک سلول مايع طراحي کرديم که اطراف يک لايه مايع فوق نازک را مي‌پوشاند تا
به 4D-EM متصل شوند. با توجه به شفاف بودن اين سلول و امکان کار کردن آن
در خلاء با پالس‌هاي ليزري و الکتروني، تصويربرداري با وضوح بسيار بالا از
اين سلول‌ها امکان‌پذير مي‌شود.
مکانيسم حرکتي نانوحباب‌هايي که از اين فناوري استفاده مي‌کنند
مي‌تواند در شناخت سامانه‌هاي فيزيکي و زيستي نامتعادل کمک کند و بينش
بهتري براي مطالعات آينده فراهم کند.
حال محققان در حال تلاش هستند تا ببينند که چطور مي‌توانند از اين
فناوري‌هاي نانويي حساس به نور در دنياي واقعي و خارج از آزمايشگاه استفاده
کنند.
محقق ارشد اين تحقيق گفت: ما سعي خواهيم کرد تا با استفاده از تکنيک
پيشرفته تصويربرداري 4D-EM در محيط مايع پيشرفت کنيم و از آن براي بررسي
پروسه‌هاي ديناميکي که در مواد شيميايي و تغييرات بيولوژيکي موجود در
مايعات رخ مي دهد، توان‌مندتر شويم و تحولاتي نظير واکنشهاي شيميايي، تبديل
مولکول‌ها و نانوبلورها و همچنين ديناميک سازگاري مولکول‌هاي زيستي را به
خوبي مورد ارزيابي قرار دهيم.
اين تحقيق در ژورنال علمي Science Advances منتشر شده است.