رصد دینامیک سه بعدی نانوذرات

پژوهشگران موسسه فناوری و استاندارد آمریکا با استفاده از ره‌یاب
تک‌ذره‌ای سه بعدی موفق به بررسی رفتار دینامیکی نانوذرات منفردی شدند
که روی سطح یک قطره روغن یا آب میکرومقیاس قرار گرفته است. نتایج این
تحقیق نشان می‌دهد که نفوذ این ذرات بستگی به اندازه آنها دارد به‌طوری
که با کوچک‌تر شدن اندازه ذرات، سرعت نفوذ آنها آهسته‌تر از آن چیزی
می‌گردد که انتظار می‌رود.

درک بیشتر و کامل‌تر از نحوه برهمکنش نانوذرات با محل تماس مواد دیگر
یکی از موضوعات بسیار مهم در طراحی نانوذرات است، نانوذراتی که قرار
است در حوزه‌های مختلف از دارورسانی گرفته تا کشف مخازن نفتی مورد
استفاده قرار گیرند. پژوهشگران از یک سیستم کنترلی استفاده کردند که در
آن با استفاده از ادوات الکترونیکی می‌توان سیستم را به‌صورت زنده
کنترل کرد.

در این پروژه یک صفحه پیزوالکتریک برای حرکت دادن نمونه مورد استفاده
قرار گرفت، این صفحه قادر است نانوذره را برای مشاهده زیر میکروسکوپ در
نقطه‌ای تثبیت کند. با استفاده از این روش می‌توان اطلاعات بسیار جالبی
درباره موقعیت سه بعدی نانوذرات با قدرت تفکیک عالی به‌دست آورد همچنین
حساسیت این روش به فعالیت‌های شیمیایی بسیار بالا است. این روش امکان
ره‌گیری نانوذراتی به ابعاد ۲۰ نانومتر تا ۲۰۰۰ نانومتر را فراهم
می‌کند، به طوری که نانوذرات در حالی که روی سطح آب یا قطرات روغن در
حال نفوذ هستند به‌صورت زنده رصد می‌شوند. همان‌طور که پیش‌بینی می‌شد
ضرایب نفوذ در ذراتی که به‌صورت آزاد در حال حرکت هستند به ابعاد ذرات
بستگی دارد. با این حال تفاوت چشمگیر و غیرمنتظره‌ای در این رفتار
مشاهده می‌شود، محققان دریافتند که در ذرات کوچکتر از ۲۰۰ نانومتر که
در سطح روغن نفوذ می‌کنند این ضرایب به‌شدت کاهش می‌یابد. علاوه‌براین
محققان دریافتند که یک ذره مشخص در سطح تماس ماده می‌تواند طیف وسیعی
از ضرایب نفوذ را داشته باشد این درحالی است که همین ذره اگر به صورت
آزاد حرکت کند چنین رفتاری نخواهد داشت. برای درک بهتر این رفتار نیاز
به مدل‌ بنیادین است تا رفتار ذرات را در سطح تماس سیال-سیال مورد
بررسی قرار دهد.

نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Three-dimensional
real-time tracking of nanoparticles at an oil–water interface در
نشریه Langmuir به چاپ رسیده است.