شنبه, ۱ تیر ۱۳۸۷

تولید تک‌مرحله‌ای نانوذرات مغناطیسی با کیفیت عالی

محققان دانشگاه مینسوتا یک روش تک‌مرحله‌ای برای تولید یک طبقه از نانوذرات مغناطیسی توسعه داده‌اند که می‌توانند در کاربردهای متنوعی ـ از کاربردهای زیست‌پزشکی گرفته تا ذخیره داده ـ استفاده شوند. این نانوذرات مغناطیسی بی‌نظیر، از یک هسته کبالتی و آهنی و یک پوسته طلایی تشکیل شده‌اند و به‌طور بالقوه خواص مغناطیسی خیلی مفیدی دارند.

محققان دانشگاه مینسوتا یک روش تک‌مرحله‌ای برای تولید یک طبقه از نانوذرات
مغناطیسی توسعه داده‌اند که می‌توانند در کاربردهای متنوعی ـ از کاربردهای زیست‌پزشکی
گرفته تا ذخیره داده ـ استفاده شوند. این نانوذرات مغناطیسی بی‌نظیر، از یک هسته
کبالتی و آهنی و یک پوسته طلایی تشکیل شده‌اند و به‌طور بالقوه خواص مغناطیسی خیلی
مفیدی دارند.

نانوذرات مغناطیسی دارای کاربردهای گسترده‌ای هستند. در حوزه پزشکی، دانشمندان امید
دارند که نانوذرات مغناطیسی منفرد را برای تحویل داروهای ضد سرطانی به یک ناحیه
مشخص از بدن، یا برای افزایش کنتراست در تصویربرداری تشدید مغناطیسی(MRI) استفاده
کنند. این نانوذرات می‌توانند به توسعه ذخیره داده ظرفیت ‌بالا نیز کمک کنند. به‌طور
کلی هر چه مومنت(moment) مغناطیسی( میزان استحکام مغناطیسی یک ماده) این نانوذرات
بالاتر باشد، توان بالقوه آنها برای این کاربردها نیز بیشتر است.
جیانگ پینگ وانگ، یکی از این محققان، گفت:« همینک تحقیقات زیادی برای یافتن
نانوذرات مغناطیسی که عملکرد بهتری دارند، انجام می‌شود. نانوذرات با مومنت‌های
مغناطیسی بالا به‌ویژه برای کاربردهای زیست‌پزشکی بسیار مفیدند؛ زیرا آنها هر چه
قوی‌تر باشند، استفاده کمتری در بدن دارند. کمیت این نانوذرات برای آزمایش‌های
بالینی خیلی مهم است.

ساختار نانوبلورهای FeCo-Au. (c) شرح اپیتاکسی بین bcc FeCo (خط نقطه‌چین) و fcc Au
(خط توپر) (اتم کوچک‌تر Fe یا Co؛ اتم بزرگ‌تر (Au). (d) رابطه عمودی بین دو Au(110)
(نشان داده شده با پیکان‌ها) در دو وجوه همسایه FeCo{100}، با یک جفت در این کناره.
(e) یک شرح سه‌بعدی از یک گوشه از نانوبلور FeCo-Au. (f) تصویر HRTEM از یک گوشه از
یک نانوبلور

این نانوذرات ساخته‌شده ‌از آهن– کبالت(هسته) و طلا(پوسته)، یک مومنت مغناطیسی سه
تا چهار برابر بزرگ‌تر از نانوذرات اکسید آهن مرسوم، دارند. به علاوه، سطح طلای این
ذره زیست‌سازگار است و به‌آسانی به مولکول‌های بزرگ‌تر متصل می‌شود و این ویژگی
آنها را برای کاربردهای زیست‌پزشکی جذاب‌تر می‌کند.
اگر چه مزایای این نانوذرات هنوز کاملاً شناخته‌شده ‌نیست، این محققان برای اولین
بار نشان داده‌اند که چگونه می‌توان آنها را با یک روش مؤثرتر و ساده‌تر از روش‌های
مرسوم تولید کرد. روش‌های شیمیایی مرسوم، به‌واسطه دمای جوش حلال ـ که برای ایجاد
واکنش باید بسیار زیاد باشد ـ و خطرِ در معرض هوا قرار گرفتن ـ که باعث خوردگی این
ذرات حساس می‌شود ـ محدود شده‌اند. این محققان در روش چگالش– گاز خود، از یک تفنگ
یونی برای بمباران یک هدف فلزی جامد ساخته‌شده ‌از آهن- کبالت، و طلا با یون‌های
پرانرژی، استفاده کردند. همه این عملیات داخل یک حمام گرم از گاز پرفشار که اتم‌های
پرانرژی را به نانوذرات خواسته‌شده‌ تبدیل می‌کرد، اتفاق افتاد.
این محققان سپس نانوبلورهای به دست‌آمده را با میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح
بالا، طیف‌بینی اشعه x متفرق‌کننده انرژی و دورنگ‌نمایی مدور مغناطیسی اشعه x،
آنالیز کردند. یافته‌های آنها نشان دادند که این نانوبلورهای مکعبی تشکیل‌شده با
این روش فیزیکی، بسیار خالص هستند و فصل مشترک‌های بین هسته و پوسته در آنها تیز و
بدون نقص است، همچنین پوسته این نانوذرات برای جلوگیری از اکسیداسیون هسته آهن–
کبالت(منبع خواص مغناطیسی بی‌نظیر این نانوذرات) برای بیش از چهار ماه که در معرض
هوا باشد، به ‌اندازه کافی ضخیم است. مومنت‌های مغناطیسی این نانوذرات نزدیک به
مقادیر مومنت‌های آلیاژهای کبالت– آهن توده‌ای هستند.
وانگ گفت:«یافته‌های ما نشان می‌دهند که این نانوذرات مغناطیسی برای کابردهای زیست‌پزشکی
بسیار نویدبخش هستند. این روش به‌آسانی می‌تواند برای تولید دیگر نانوذرات مناسب
برای استفاده در زمینه‌ها و فناوری‌های مختلف از قبیل کاتالیست‌ها و ذخیره هیدروژن؛
به کار رود.
نتایج این تحقیق در مجله Applied Physics Letters منتشر شده‌است.