بنابر گفته محققان دانشگاه میشیگان می‌توان از یک تعادل ظریف میان نیروهای اتمی برای ایجاد ابرخوشه‌های نانوذره‌ای با اندازه های یکسان بهره برد. این ویژگی برای بسیاری از کاربردهای نانوفناورانه مفید است.
تولید ابرخوشه‌های معدنی با اندازه یکسان
بنابر گفته محققان دانشگاه میشیگان می‌توان از یک تعادل ظریف میان نیروهای اتمی برای ایجاد ابرخوشه‌های نانوذره‌ای با اندازه های یکسان بهره برد. این ویژگی برای بسیاری از کاربردهای نانوفناورانه مفید است، اما دستیابی به آن بسیار دشوار است.
همین نیروها موجب گرد آمدن اجزای سازنده ویروس‌ها کنار یکدیگر می‌شود؛ ساختارهای ابرخوشه‌ای به‌کار رفته در این تحقیق از بسیاری جهات شبیه ویروس‌ها هستند.ش
نیکولاس کوتوف و شارون گلوتزل، اساتید مهندسی شیمی دانشگاه میشیگان رهبری این تحقیق را بر عهده داشته‌اند. یافته‌های آنها در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.
این محققان دریافتند که اگر ساخت ابرخوشه‌ها را با واحدهای ساختمانی نانومقیاس با اندازه‌های مختلف آغاز نماییم، نیروهای دافعه الکتروستاتیک و نیروی جاذبه وان‌دروالس با یکدیگر به حالت تعادل رسیده و رشد خوشه را محدود می‌کنند. این تعادل تشکیل خوشه‌هایی با اندازه‌های یکنواخت را امکان‌پذیر می‌سازد.
گلوتزل می‌گوید: «پیشرفت ایجاد شده این است که ما باعث شدیم نانوذرات به شکل ساختارهای تقریباً کامل آرایش یابند. فیزیک مشاهده شده محدود به این سیستم نیست و می‌تواند در مورد مواد دیگر نیز به‌کار رود. حال که می دانیم این سیستم کار می‌کند، می توانیم واحدهای ساختمانی دیگری طراحی کنیم که به‌همین شکل عمل می‌کنند».
ابرخوشه‌های معدنی (نام فنی آنها supraparticles است) تولید شده از سلنید کادمیوم پودری قرمز رنگ، ویروس‌های مصنوعی نیستند. اما بسیاری از ویژگی‌های آنها همچون اندازه، شکل، ساختار هسته-پوسته و توانایی تجمع و جدا شدن، با ساده‌ترین شکل حیات یکسان است.
کوتوف می‌گوید: «داشتن این ویژگی‌ها در یک سامانه کاملاً معدنی بسیار قابل توجه است. می‌توان این ویژگی‌ها را با خصوصیات مفید مواد معدنی همچون مقاومت در برابر محیط، جذب نور و رسانایی الکتریکی ترکیب کرد».
ژیونگ تانگ، استاد همکار در مرکز ملی علوم و فناوری نانو در چین می‌گوید: «اینکه چنین ذراتی می‌توانند واحدهای ساختمانی سازنده آرایش‌های سه‌بعدی منظم باشند، بسیار هیجان‌انگیز است. این رفتار خودآرایی ثانویه یک راه عملی برای ایجاد نانوساختارهای بزرگ فراهم می‌آورد که برای کاربردهای عملی بسیار مهم هستند».
کوتوف در حال حاضر روی تکثیر این نانوذرات برای تولید سوخت‌های سنتزی از دی‌اکسید کربن کار می‌کند. همچنین می‌توان از این کار در دارورسانی و تحقیقات مربوط به پیل‌های خورشیدی بهره برده که این امر هزینه تولید انبوه این ذرات را کاهش می‌دهد.
کوتوف می‌گوید: «با رونوشت فرایندهای خودآرایی که امکان رشد و ترمیم را برای ارگانیسم‌های زنده فراهم می‌آورند، می‌توانیم تولید بسیاری از سامانه‌های نانوساختار مفید را از مواد نیمه‌رسانا و فلزات تسهیل نماییم تا حدی که بتوان این کار را در آزمایشگاه‌های دبیرستان‌ها انجام داد».
