محققان ITMO روش جدیدی برای سنتز نانوذرات مگنتیت ایجاد کردند، که مزیت‌های متعددی نسبت به روش‌های پیشین دارد.
روشی برای تسهیل سنتز نانوذرات مگنتیت
دانشمندان راهی برای تولید نانوذرات اکسیدهای آهن (مگنتیت، هماتیت، ماگمیت) با استفاده از آب-الکل ارائه کردند. آن‌ها همچنین تغییر رنگ، اندازه و خواص عملکردی محصول را نیز کنترل کردند. از این مواد سنتز شده در تولید دستگاه‌های ممریستور استفاده می‌شود. در آینده، نانوذرات مگنتیت می‌تواند به‌طور بالقوه در درمان بیماری‌های عصبی-شناختی استفاده شود.
نانوذرات مگنتیت ذرات بسیار کوچکی هستند که از آهن و اکسیژن تشکیل شده‌اند. خواص آن‌ها با قطعات بزرگتر آهن متفاوت است. اندازه نانومقیاس آن‌ها خواص مغناطیسی قدرتمند و اثر حافظه شکل را به آن‌ها می‌بخشد.
روش‌های مختلفی برای تولید چنین نانوذراتی وجود دارد. روش اول، بالا به پایین، آسیاب کردن یک ساختار ماکروآهنی به ذرات کوچکتر است. اما این رویکرد کنترل اندازه ذرات را دشوار می‌کند. روش پایین به بالا استفاده از بلورهای مگنتیت برای رشد ذرات در مقیاس نانو است.
ماریا میخایلووا، مهندس SCAMT می‌گوید: «ما در این پروژه یاد گرفته‌ایم چگونه از روش‌های شیمیایی برای تولید فازهای مختلف اکسید آهن استفاده کنیم. شرایط مختلف از جمله دما، زمان، سرعت گرم شدن در فرآیند یکسان می‌ماند، ما فقط نوع الکل یا محتوای آب را تغییر می‌دهیم تا ذرات خواص متفاوتی از خود نشان دهند.»
دانشمندان روش‌های مختلف سنتز شامل الکل‌های چند اتمی را مورد مطالعه قرار دادند. برای پروژه خود، آن‌ها تصمیم گرفتند الکل‌های ساده‌تری مانند اتانول و پروپانول را انتخاب کنند. هدف افزایش زیست سازگاری مگنتیت با سلول‌های بدن انسان و تولید بلورهای کوچک از مواد بود.
یکی از آزمایش‌ها منجر به ایجاد نانوذرات شد، اما برای مدتی محققان قادر به تولید مجدد این سنتز نبودند. بعدها مشخص شد که این راز در تجهیزات آزمایشگاهی، پیش‌سازها و الکل‌ها از جمله حذف رطوبت، تبلور مجدد و جایگزینی هوا به جای آرگون است. این پیش پردازش بر نتیجه نهایی تأثیر گذاشت. در آن زمان بود که محققان دریافتند که انحرافات جزئی از شرایط سنتز اولیه می‌تواند برای تولید مراحل مختلف و کنترل شده مواد مورد استفاده قرار گیرد.
در مطالعات دیگر در مورد این موضوع، محققان به طور معمول از اسیدهای اولئیک یا اترها برای متوقف کردن رشد ذرات استفاده کردند. اما این محلول تأثیر قوی بر زیست سازگاری ذرات دارد. یکی از مزیت‌های روش مصنوعی جدید توسعه یافته توسط محققان ITMO این است که همه واکنش‌ها شامل مواد ساده می‌شود و منجر به یک محصول بلوری تمیز می‌شود که نیازی به پردازش فراصوت ندارد.
از نانوذرات مگنتیت برای ساخت نمونه‌های اولیه دستگاه‌های ممریستور استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها برای تقلید از سیناپس‌ها، ارتباطات بین نورون‌های مغز انسان، ساخته می‌شوند. این ماده مصنوعی می‌تواند سیگنال‌ها را منتقل کند، آن‌ها را “به خاطر بسپارد” و این سیگنال‌ها را دوباره ارسال کند.
پژوهشگران امیدوارند بتوانند با استفاده از دستگاه‌های ممریستور که فازهای جریان را در فواصل زمانی معین انتقال می‌دهند، به زبان ساده، برای برقراری ارتباط بین یک دستگاه الکترونیکی و یک موجود زنده، مستقیماً بر سلول‌های پوست تأثیر بگذارند. علاوه بر این، دستگاه‌های ممریستور می‌توانند در درمان بیماری‌های عصبی-شناختی مانند آلزایمر با بازگرداندن عملکرد مغز مورد استفاده قرار گیرند.
ماریا میخایلووا توضیح می‌دهد: «نوع سنتز ما برای تحقیقات آزمایشگاهی مناسب‌تر است، زیرا به ما امکان می‌دهد فازهای مختلفی از مواد را با تغییر نوع الکل تولید کنیم.»
