ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

ترکیب لیزر پالسی و TEM برای رصد حرکت براونی در نانوذرات

پژوهشگران با ترکیب لیزر پالسی بسیار سریع و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) موفق به ارائه روشی برای رصد حرکت نانوذرات طلا در محیط آبی شدند. این روش می‌تواند برای مطالعه حرکت براونی در نانوذرات استفاده شود.

محققان مؤسسه فناوری کالیفرنیا موفق به ارائه روشی بسیار سریع برای اندازه‌گیری حرکت نانوذرات کروی طلا در محلول آبی شدند. برای این کار پژوهشگران از میکروسکوپ الکترونی چهار بعدی سل سیال (4D-EM) استفاده کردند.
ذرات با لیزر پالسی فمتوثانیه برانگیخته می‌شود که این برانگیختگی منجر به اعمال نیرو به ذرات می‌شود. منشاء این نیرو نانوحباب‌هایی است که در اطراف ذره تشکیل می‌شوند.
از نتایج این پروژه می‌تواند برای توسعه میکرو و نانوموتورهای مصنوعی فعال شده با نور استفاده کرد؛ نانوموتورهایی که در محیط‌های آبی کار می‌کنند.
ذرات در محیط سیال از حرکت زیگزاگی تصادفی برخوردار هستند که این حرکت در سال 1827 توسط رابرت براوان کشف شد. او نشان داد که هر ذره به‌صورت مستقل حرکت می‌کند که این رفتار موجب پخش شدن ذرات در محیط سیال می‌شود. انیشتین در سال 1905 ثابت کرد که حرکت براونی در اثر برخورد ذرات با مولکول‌های محیط پیرامون انجام می‌شود.
در سال‌های اخیر محققان روی حرکت براونی برای توسعه نانوماشین‌ها کار می‌کنند که کاربرد زیادی در پزشکی خواهد داشت. البته ساز و کار حرکت براونی در مقیاس نانومتری هنوز چندان شفاف نیست و مطالعات اندکی روی آن انجام شده‌است. برای این کار نیاز به روش‌های تصویربرداری فاز مایع با قدرت تفکیک بالاست.
میکروسکوپ الکترونی سل سیال رایج برای این کار چندان مناسب نیست؛ چرا که سرعت آن بسیار پایین است. از این رو محققان روش 4D-EM را ارائه کردند که از سرعت بالایی برخوردار بوده و می‌تواند در فاز سیال با سرعت بالا تصویربرداری کند.
این گروه با این روش نشان دادند که حرکت نانوذرات طلا در آب به دلیل تشکیل نانوحباب‌ها انجام می‌شود که این نانوحباب‌ها نیز در اثر تابش نور ایجاد می‌شوند. با استفاده از این روش محققان به‌صورت مستقیم از ذرات تصویربرداری کردند.
در واقع در این روش از ترکیب میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، لیزر بسیار سریع و تصویربرداری با سرعت بالا استفاده شده‌است. تابش لیزر منجر به تشکیل حباب و حرکت ذره می‌شود و تابش پالس الکترونی منجر به تصویربرداری از ذره می‌شود.
نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Science Advanced به چاپ رسیده است.