هم‌اکنون عکس‌برداری فلورسانت بیولوژیکی و درمانی، به‌دلیل استفاده از نشان‌گذاری رنگ‌دانه‌ای که از لحاظ نوری پایداری نیست، با محدودیت‌هایی مواجه است. این رنگ‌دانه‌ها می‌توانند تحت اثر برانگیختگی نوری در نور اتاق و یا دماهای بالاتر تجزیه شوند. نانوذرات سیلیکونی به‌دلیل داشتن سازگاری زیستی، بازده کوانتومی فوتولومینسانس بالا و پایداری در برابر بی‌رنگی نوری (photobleaching) ، گزینه‌ای ایده‌آل برای جایگزینی رنگ‌دانه‌های فلورسانت به شمار می‌روند. هم‌اکنون، محققانی از دانشگاه کالیفرنیا راه حل جدیدی برای تولید مقادیر ماکروسکوپی از نانوذرات سیلیکونی با انتهای هیدروژنی، بدون نیاز به تماس با مواد خطرناک، ابداع کرده‌اند.
تولید نانوذرات سیلیکونی برای کاربردهای زیستی
تاکنون روش‌های سنتزی و فیزیکی متفاوتی برای تولید نانوذرات سیلیکونی به
کار گرفته شده است. گرچه بهره نانوذرات در این روش‌ها بسیار پایین است و
برای دستیابی به نانوذرات سیلیکونی با انتهای هیدروژنی و فوتولومینسانت به
اچ کردن (Etch) با فلوئورید هیدروژن (HF) نیاز است. این روش جدید ساده است
و از این رو شرایط مناسبی برای تولید مواد نیمه‌رسانا در مقیاس‌های بزرگ‌تر
فراهم می‌کند. برای نانوذرات سیلیکونی مورد استفاده در کاربردهای زیست‌پزشکی،
داشتن پایداری بالا، بهره کوانتومی فوتولومینسانت ذاتی در محدوده مرئی و
حلالیت در محیط‌های آبی، ضروری است. در حالی که اچ کردن مانعی در برابر
کاربردهای این گونه نانوذرات محسوب نمی‌شود، ابداع روش‌هایی که مستقیماً و
بدون فرایندهای اضافی به تولید نانوذرات سیلیکونی با انتهای هیدروژنی منجر
می‌شوند، یک پیشرفت در این زمینه است. آنجلیکو لویی، یکی از این محققان، در
این باره می‌گوید: «ما روش ساده‌ای برای تولید نانوذرات سیلیکونی حلال در
آب ابداع کرده‌ایم. روش ما پیشرفتی در شیمی مواد است و از فناوری‌های کنونی
برای تولید نانوذرات سیلیکونی مانند پیرولیز لیزری بسیار ساده‌تر است و به
تولید نانوذرات سیلیکونی محلول در آب منجر می‌گردد. بیشتر گزارش‌های علمی
موجود به تولید نانوذرات سیلیکونی محلول در حلال‌های آلی می‌پردازند».
روش تولید این محققان شامل واکنش نمک زینتل (NaSi) با برمید آمونیوم است.
این واکنش، از طریق یک فرایند metathesis شیمیایی انجام می‌شود. در این
فرایند سیلیکون اولیه پوشیده‌شده با هیدرید همراه با چند محصول فرعی، یعنی
NH3، H2 و NaBr تشکیل می‌شود. سرانجام در پایان فرآیند، یک نانوذره
سیلیکونی دارای انتهای هیدروژنی تولید خواهد شد.
لویی در این باره می‌گوید: «می‌توان نانوذرات سیلیکونی پوشیده‌شده با
هیدرید را با یک فرایند هیدروسیلیلاسیون (hydrosilylation) اصلاح کرد و بر
روی سطوح آنها پیوندهای سیلیکونی محکم شیمیایی به وجود آورد. در نهایت با
پوشش دادن یک پلیمر زیست‌سازگار که به‌راحتی قابل تولید است، روی نانوذرات
سیلیکونی که انتهای آلکیلی دارند، این نانوذرات به‌صورت محلول در آب درمی‌آیند.
البته در این فرایند بازده کوانتومی بالای این نانوذرات حفظ می‌شود».
نور تابش‌شده از نانوذراتی که با این فرایند ساخته می‌شود، در ناحیه آبی
طیف نور مرئی قرار دارد. تابش آبی، برای عکس‌برداری در محیط زیستی ایده‌آل
نیست، اما برای تحقیقات بیولوژیکی مناسب است. لویی و همکارانش هم‌اکنون به
بررسی تولید نانوذراتی با روش مذکور که دارای تابش قرمز و سبز و دارای بهره
کوانتومی بالا باشند مشغول هستند.
در کاربردهای پزشکی آینده، مهم‌ترین مسئله، ساخت نقاط کوانتومی بسیار
پایداری است که خطری برای سلامت نداشته و به عبارت دیگر ذاتاً غیرسمی
باشند. لذا لازم است مطالعات بیشتری روی نانوذرات سیلیکونی با کیفیت بالا،
به ویژه روی فوتوفیزیک نانوذرات سیلیکونی که دارای توزیع اندازه باریک
هستند صورت گیرد، زیرا این گونه نانوذرات سیلیکونی که دارای خواص نوری قابل
کنترل هستند، برای کاربردهای آینده مانند برچسب‌های فلورسانت بسیار مفید
هستند.
جزئیات این کار در مقاله‌ای با عنوان:
A new solution route to hydrogen-terminated silicon nanoparticles:
synthesis, functionalization and water
stability
در مجله Nanotechnology به چاپ رسیده‌است.
