اكتشف فريق مشترك من الباحثين من معاهد البحوث الفرنسية وجامعة شتوتغارت في ألمانيا طريقة جديدة لإنتاج الجسيمات النانوية المشعة من بلورات الماس الدقيقة.
يعد الإسفار أداة مهمة في علوم الحياة والمواد. وفي مجالات علم الأحياء والطب، يتيح اتصال الأصباغ الفلورية بالبروتينات أو الأحماض النووية (DNA وRNA) للباحثين متابعة نشاط هذه المواد المهمة في مزارع الخلايا أو في الجسم الحي نفسه. بالإضافة إلى ذلك، يتم قبول الطريقة في علم المواد لقياس المجالات الكهرومغناطيسية والتخزين البصري وتحديد المنتجات المقلدة. ومع ذلك، فإن معظم الأصباغ المشعة تتكون من جزيئات ذات عمر محدود بسبب نشاطها الكيميائي الداخلي.
وفي هذا السياق، تقدم جسيمات الماس النانوية المشعة بديلاً قيمًا بفضل خصائصها الفيزيائية الضوئية غير العادية. فهي مشرقة للغاية ولها إشعاع منتظم ومستمر طويل المدى في نطاق الإشعاع الأحمر أو الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR). وبناءً على هذه الخصائص الفريدة، من المتوقع وجود العديد من التطبيقات في مجالات الفيزياء وعلوم المواد والكيمياء الحيوية والبيولوجيا والطب. ومع ذلك، حتى وقت قريب، كان إنتاج هذه الجسيمات النانوية يقتصر على المختبر فقط.
والآن، يبحث الباحثون عن طريقة لإنتاج مثل هذه الجسيمات النانوية المشعة. تتضمن الطريقة تشعيع بلورات الماس النانوية الغنية بالنيتروجين، والتي يتم إنتاجها في صناعة الماس، باستخدام شعاع الإلكترون أو الأيون لإنشاء تجاويف داخل الشبكة البلورية. في الخطوة التالية، "تلتقط" ذرات النيتروجين هذه المساحات المتحركة أثناء عملية التلدين لإنشاء قلب مشع. ولسوء الحظ فإن كفاءة هذه العملية والاستفادة منها منخفضة بسبب عدم تجانس الهياكل وفقدان الفراغات لصالح السطح أثناء الغربلة والتليين.
إن المعالجة "من أعلى إلى أسفل" (من أعلى إلى أسفل) لبلورات الماس الدقيقة، والتي تكون أقل حساسية لأوجه القصور المذكورة أعلاه، ستكون طريقًا صناعيًا أكثر ملاءمة. ومع ذلك، في هذه الحالة، لا بد من التغلب على عثرتين في الطريق - صعوبة تشعيع كمية كبيرة من المواد وتحويل الماسات الدقيقة إلى بلورات نانوية مع الحفاظ على خصائص التألق والبنية البلورية.
وفي دراسة معاصرة نشرت في المجلة العلمية Nanotechnology، نجح باحثون من فرنسا وألمانيا في اختبار هذه الطريقة البديلة لتكوين عينات موحدة من جسيمات الماس النانوية الصغيرة والنظيفة للغاية المشعة، مع الحصول على استخدام عالي.
تبدأ عملية التصنيع بإسقاط الماس الذي يتم التحكم في حجمه بالميكرون عن كثب، ويتم الحصول عليه بعد خطوات تنظيف وتلميع إضافية. في هذا الإجراء المتطور، تم تشعيع الماسات الدقيقة المحتوية على النيتروجين ذات التركيب الذري المحدد بواسطة شعاع إلكترون عالي الطاقة وفي الخطوة التالية تم تلدينها عند درجة حرارة عالية تبلغ ثمانمائة درجة مئوية للحصول على الشكل المطلوب نوى مشعة ضوئيًا داخل الشبكة البلورية دون الإضرار بسلامتها.
تم تطوير عملية تلميع أصلية مكونة من خطوتين لتحويل الماسات الدقيقة المشعة إلى جسيمات نانوية مستديرة صغيرة جدًا (يبلغ قطرها حوالي أربعة نانومترات) مع أنقى خصائص الماس مع نوى ضوئية مشرقة ومستقرة للغاية.
يمكن الآن استخدام عملية التصنيع الدقيقة هذه في الإنتاج الصناعي لجسيمات الماس النانوية المشعة. باستخدام هذه الطريقة، يمكن تغيير خصائص الماس حسب الرغبة وفقًا لتركيبة المواد الأولية، وذلك استجابة للاحتياجات المتغيرة للتطبيقات المستقبلية. تمهد هذه الجسيمات النانوية الماسية المشعة الطريق للتطوير العملي لوضع العلامات على المدى الطويل والبيولوجيا الكمية والتطبيقات التكنولوجية المبتكرة في الكيمياء التحليلية ومكونات الإلكترونيات الضوئية والمواد المركبة الحديثة.
