نحوه عبور مولکول‌ها از درون یک ساختار نانوحفره‌ای

شیمی‌دان‌های آلمانی عبور مولکول‌های منفرد را از درون یک ماده حفره‌ای جامد رهگیری کردند. این مطالعه راه را برای توسعه کاتالیزورها، غشاها و مواد دارورسانی هموار خواهد کرد.

شیمی‌دان‌های آلمانی عبور مولکول‌های منفرد
را از درون یک ماده حفره‌ای جامد رهگیری کردند. این مطالعه راه را برای
توسعه کاتالیزورها، غشاها و مواد دارورسانی هموار خواهد کرد.

توماس بین و کریستف براکل و همکارنشان از دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیانز در
مونیخ توانستند مسیر عبور مولکول‌های فلوئورسانس را از درون یک ماده حفره‌ای
شناسایی کنند. این ردگیری بینشی بی‌سابقه از نحوه تأثیر نقایص ساختاری بر
روی حرکت مولکول‌ها ایجاد می‌کند.

تیم تحقیقاتی «توماس بین» یک لایه ۱۰۰ نانومتری از سیلیکون حفره‌ای ایجاد
کردند که درون آن با مولکول‌های فلوئورسانس نشان‌گذاری شده بود. این حفرات
شبکه‌ای از کانال‌ها به قطر چند نانومتر را تشکیل می‌دهند. آنها با استفاده
از میکروسکوپ الکترونی عبوری این کانال‌ها را بررسی کرده و با کنار هم قرار
دادن ۴۰۰ تصویر TEM توانستند تصویری از کل شبکه کانال‌ها به دست آورند.

تیم براکل با استفاده از یک دستگاه میکروسکوپ فلوئورسانس با میدان وسیع از
مسیر حرکت مولکول‌ها فیلمبرداری کردند. این روش آنقدر حساس است که در آن تک‌تک
مولکول‌ها به صورت نقاط نورانی دیده می‌شوند. در نهایت با استفاده از
مولکول‌های نشان‌گذار پلی‌استایرن که درون کانال‌ها تثبیت شده بودند،
تصاویر حاصل از میکروسکوپ فلوئورسانس با تصاویر حاصل از TEM روی هم قرار
داده شدند. مولکول‌های پلی‌استایرن در هر دو روش میکروسکوپی دیده می‌شوند و
به همین دلیل نیز در درون ساختار سیلیکا قرار داده شدند.

بین نمی‌دانست که مسیر حرکت مولکول‌ها چگونه خواهد بود. او می‌گوید: «نتایج
بسیار تعجب‌برانگیز بود، چرا که پیچیدگی این فرایندها را درک نمی‌کردیم.
حال می‌توانیم ببینیم که چقدر ساختارهای محلی این مواد حفره‌ای غنی بوده و
چقدر رفتار مولکول‌ها در این حفرات متنوع است».

بین می‌گوید که این کانال‌ها شبیه حفرات مستقیم یک بلور نمی‌باشند. «برخی
از آنها شبیه اثر انگشت بوده و برخی دیگر مثل یک خط راست هستند».

مولکول‌ها در کانال‌های مستقیم و همچنین در اطراف منحنی‌ها سیر کردند. اما
زمانی که کانال‌هایی با جهت‌های مختلف به هم می‌رسیدند و یا نواحی دارای بی‌نظمی
در کانال وجود داشت، مسیر مسدود می‌شد. این تیم مشاهده کرد که زمانی که این
مولکول‌ها به این موانع برخورد می‌کنند، به شکل U خم شده و برمی‌گردند.
جالب اینکه برخی مولکول‌ها از پهلو از یک کانال موارد کانال کناری می‌شدند.
بین می‌گوید: «در این کانال‌ها همانند یک لوله سوراخ، منافذی وجود داشت».

حال این تیم تحقیقاتی در حال تلاش برای افزایش دقت اندازه‌گیری‌های خود می‌باشد.