گروهی از محققان آمریکایی کمترین آستانه قطعی بروز پدیده «حلقه قهوه» را در مقیاس میکروسکوپی یافته‌اند؛ این کشف می‌تواند در تعریف استانداردهای ابزارهای حسگری زیستی برای تشخیص انواع بیماری‌ها مورد استفاده قرار بگیرد.
استفاده از پدیده جدید «حلقه قهوه» در حسگری زیستی
این بار که قهوه خود را روی میز ریختید، دقت کنید که شکل قطرات پس از خشک شدن چگونه است. اطراف قطره خشک شده نسبت به مرکز آن تیره‌تر است که نشان‌دهنده غلظت بالاتر ذرات در این قسمت است. این پدیده که به‌نام پدیده «حلقه قهوه» نامیده می‌شود، در مورد بسیاری از مایعات اتفاق می‌افتد. محققان پیشنهاد کرده‌اند که از این پدیده در ابزارهای حسگری زیستی برای بررسی خون یا مایعات دیگر استفاده کنند. اما برای استفاده عملی از این پدیده در حسگری زیستی ابتدا باید چگونگی رفتار این حلقه‌ها در مقیاس میکرو و نانو درک شود.
حال گروهی از محققان به رهبری چین مینگ هو، استاد علوم و مهندسی مواد در UCLA کمترین آستانه قطعی تشکیل این حلقه‌ها را در مقیاس میکروسکوپی یافته‌اند؛ این کشف می‌تواند در تعریف استانداردهای ابزارهای حسگری زیستی برای تشخیص انواع بیماری‌ها مورد استفاده قرار بگیرد.
تاک سینگ وونگ یکی از محققان این پروژه می‌گوید: «اگر ما خون انسان را درنظر بگیریم، مولکول‌ها و ذرات میکرو و نانومقیاس زیادی دارد که حاوی اطلاعات مربوط به سلامتی هستند. اگر این مایع خونی را روی سطح قرار داده و خشک کنید، این ذرات در ناحیه بسیار کوچکی در اطراف قطره به صورت یک حلقه تجمع می‌کنند. با این روش می‌توانیم نشانگرهای زیستی موجود در خون را با استفاده از روش‌های مختلف حسگری به‌صورت کمی اندازه‌گیری کنیم، حتی اگر اندازه یا مقدار آنها بسیار کم باشد».
با خشک شدن قطره مایع، ذراتی که درون آن قرار دارند به‌سمت اطراف حرکت کرده و پس از خشک شدن کامل، یک حلقه را در اطراف تشکیل می‌دهند. اما اگر قطره خیلی کوچک باشد، سرعت تبخیر آب بسیار بالا بوده و ذرات معلق در آن زمان کافی برای حرکت به‌سمت لبه‌ها را نخواهند داشت. در این صورت هیچ حلقه‌ای تشکیل نمی‌شود.
ژیائویینگ شن، نویسنده اول مقاله مربوط به این پژوهش می‌گوید: «این یک رقابت میان مقیاس زمانی تبخیر قطره و مقیاس زمانی حرکت ذرات است که تعیین‌کننده تشکیل حلقه قهوه است».
این محققان برای تعیین اندازه کوچک‌ترین قطره‌ای که همچنان اثر حلقه قهوه را از خود نشان می‌دهد، آزمایش‌های مختلفی انجام دادند. آنها با استفاده از ذرات لاتکس معلق در آب با اندازه‌های مختلف بین ۲۰ تا ۱۰۰ نانومتر (مشابه اندازه پروتئین‌های نشانگر بیماری‌ها) به بررسی این پدیده پرداختند. برای ذرات ۱۰۰ نانومتری حد آستانه بروز این پدیده قطراتی با اندازه ۱۰ میکرومتر است. در این نقطه، قبل از اینکه ذرات بتوانند به محیط اطراف حرکت کنند، قطره خشک می‌شود.
جزئیات این تحقیق در مجله Journal of Physical Chemistry B منتشر شده است.
