ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

IBM: ساخت ابزاری برای جداسازی نانوذرات

روشی مبتنی بر میکروسکوپ پیمایشی روبشی برای جداسازی نانوذرات توسط محققان شرکت IBM ارائه شده‌است. با این روش می‌توان ذرات 5 تا 100 نانومتر را از هم جدا کرد.

محققان شرکت IBM موفق به ساخت موتور براونی برای نانوذرات شدند. این موتور به‌گونه‌ای طراحی شده که قادر است نانوذرات را براساس ویژگی‌های ساختاری مرتب کند؛ این کار به محققان اجازه می‌دهد تا بادقت بالا نانوذرات را از هم جداسازی کنند. نتایج این پروژه پتانسیل بالایی برای استفاده در بخش آزمایشگاه روی تراشه دارد و می‌توان از آن در حوزه‌های علم مواد، محیط‌زیست و بیوشیمی استفاده کرد.

حتماً ضرب‌المثل پیدا کردن سوزن در انبار کاه را شنیده‌اید. این بار به جای سوزن، نانوذراتی را در نظر بگیرید که در یک محلول معلق هستند. این نانوذرات ابعادی در حدود 60 تا 100 نانومتر دارند. معمولاً برای جداسازی این نوع ذرات نیاز به فیلترهای پیچیده و تجهیزات گرانقیمت است. اما در این پروژه روشی ارائه شده که می‌توان آن را روی یک تراشه ایجاد کرده و در نهایت با استفاده از این تراشه نانوذرات را از هم جداسازی کرد.

محققان برای تولید این نانوذرات از طبیعت الهام گرفتند. در سلول‌های بدن موتورهای مولکولی از رونده‌های کوچک برای حمل و نقل استفاده می‌کنند. این موتورها در عضلات ما وجود دارند و از حرکت تصادفی برای پیشروی استفاده می‌کنند. به این حرکت تصادفی، حرکت براونی گفته می‌شود. این پدیده اولین بار در سال 1905 توسط آلبرت انیشتین توضیح داده شد.

در این پروژه، موتور براونی حرکت تصادفی را به کار مکانیکی تبدیل می‌کند. محققان از لیتوگرافی پیمایشی روبشی گرمایی استفاده کردند که در آن میکروسکوپ مجهز به نوک سیلیکونی با قابلیت گرم شدن است.

آن‌ها برای جدا کردن دو نانوذره از هم، از دو نوک با ابعاد مختلف استفاده کردند. یک قطره آب حاوی نانوکره‌های 60 و 100 نانومتری را در این کره قرار داده و روی نوک جا دادند. روی سطح این نوک یک  لایه‌ی شیشه‌ای قرار داده شد، به طوری که یک شکاف کوچک میان شیشه و نوک ایجاد شود. در اثر برهمکنش الکترواستاتیک میان ذرات و سطح باردار، این ذرات روی سطح آب شناور و از هم جدا می‌شوند. ذرات 60 نانومتری به سوی راست و ذرات 100 نانومتری به سوی چپ متمایل می‌شوند.

در مقاله‌ای با عنوان Nanofluidic rocking Brownian motors که محققان در نشریه Science به چاپ رساندند، نشان دادند که می‌توان با این روش ذرات 5 تا 100 نانومتری را از هم جدا کرد.