گروهی از محققان دانشگاه نوتردام به درک جدیدی از یکی از رازهای شیمی‌فیزیک به‌نام تناوب فلورسانسی یا «چشمک زدن» مولکول‌ها دست یافته‌اند.
ارائه مدل تئوری برای چشمک‌زنی مولکول‌ها
| گروهی از محققان دانشگاه نوتردام به رهبری بلودیزار جانکو به درک جدیدی از یکی از رازهای شیمی‌فیزیک دست یافته‌اند.
بیش از یک قرن پیش در زمان ظهور مکانیک کوانتوم پیشرفته، نیلز بور برنده جایزه نوبل وجود پدیده‌ای به‌نام «جهش کوانتومی» را پیش‌بینی کرد. بنابر پیش‌بینی او این جهش‌ها در اثر انتقال الکترون‌ها میان لایه‌های مجزای انرژی در اتم‌ها یا مولکول‌های منفرد رخ می‌دهند. با وجودی که این نظریه در زمان وی بحث‌ها و مخالفت‌های زیادی را برانگیخت، اما در دهه ۱۹۸۰ این پدیده به صورت تجربی مشاهده شده و تئوری وی تأیید شد. در اوایل دهه ۱۹۹۰ روش‌های جدیدی برای تصویربرداری از مولکول‌های منفرد اختراع شده و در نتیجه مشاهده این جهش‌ها در تک‌مولکول‌ها نیز امکان‌پذیر شد. از نظر تجربی این جهش‌ها به‌معنی وجود انقطاع در نشر پیوسته مولکول‌ها بوده و این پدیده به‌نام تناوب فلورسانسی یا «چشمک زدن» معروف است. با وجودی که مثال‌های مشخصی از چشمک زدن را می‌توان به جهش‌های کوانتومی بور نسبت داد، موارد بسیارِ دیگری نیز وجود دارند که در آنها تناوب فلورسانسی با پیش‌بینی‌های وی مطابقت ندارند. این انحراف از پیش‌بینی‌های بور مخصوصاً در سامانه‌های متنوعی همچون پروتئین‌های فلورسانس، مولکول‌های منفرد و مجموعه‌های جاذب نور، فلوئوروفورهای منفرد آلی، و اخیراً نانوساختارهای معدنی مشاهده می‌شود.
|
 |
| یک رگ ثابت شده روی تراشه برای مطالعه |
| در نتیجه تقریباً تمام فلوئوروفورهای شناخته شده از جمله نقاط کوانتومی، میله‌ها و سیم‌های فلوئورسانس، نوعی چشمک زدن تناوبی را در نشر خود نشان می‌دهند که قابل توضیح نیستند.
باور غالب در زمینه مکانیک کوانتوم این است که این روشن و خاموش شدن‌های متناوب به هم مربوط نیستند. با این حال در کنفرانسی که در سال ۲۰۰۷ توسط دانشگاه نوتردام برگزار شد، فرناندو استفانی از دانشگاه بوینس آیرس پیشنهاد داد که در حقیقت این روشن و خاموش شدن‌ها باهم ارتباط دارند. در آن زمان هیچ مدل تئوری نمی‌توانست این ارتباط را توضیح دهد. در سال ۲۰۰۸ جانکو به‌همراه گروهی از محققان دیگر کشف کردند که فاصله میان این روشن و خاموش شدن‌ها از قانون جهانی انتشار انرژی پیروی می‌کند. این کشف اولیه جانکو و همکارانش را بر آن داشت تا نگاه دقیق‌تری به مکانیسم فیزیکی فاصله زمانی میان این تناوب‌ها بیاندازند. در مقاله‌ای که اخیراً جانکو و گروهش در مجله Nano Letters منتشر کرده‌اند، یک مدل تئوری را ارائه داده‌اند که مشاهدات تجربی استفانی را تأیید می‌کند. این یافته تأیید بسیار مهمی از وجود ارتباط میان این روشن و خاموش شدن‌های متناوب است. کنترل این فرایند چشمک‌زنی می‌تواند کاربردهای مختلفی داشته باشد که از آن جمله می‌توان به تصویربرداری بهتر و پایدارتر از سلول‌های سرطانی توسط نقاط کوانتومی، تصویربرداری بلادرنگ از آلودگی‌های ویروسی همچون HIV درون سلول، تولید نمایشگرهای روشن‌تر برای رایانه‌ها، تلفن‌های همراه و ابزارهای الکترونیکی دیگر، و ایجاد روشنایی بهتر برای منازل و دفاتر کار اشاره کرد.
|
