مكعبات صغيرة

تنظم الجسيمات النانوية المغناطيسية نفسها في هياكل حلزونية

إن مكعبات النانو ليست لعبة أطفال. استخدم علماء معهد وايزمان للعلوم هذه المكعبات لإنشاء هياكل تشبه الخيوط: وأظهروا أنه في ظل الظروف المناسبة، تكون الجسيمات النانوية على شكل مكعب قادرة على التنظيم الذاتي وبالتالي تشكيل هياكل حلزونية. هذه النتائجوالتي تكشف عن قدرة المواد النانوية على تنظيم وإنشاء هياكل معقدة وجميلة بشكل مدهش، تم نشرها مؤخرًا في المجلة العلمية علوم.

دكتور رافائيل كلاين وقام طالب أبحاث ما بعد الدكتوراه الدكتور جورفيندر سينغ، من قسم الكيمياء العضوية في معهد وايزمان للعلوم، باختبار الظاهرة باستخدام مكعبات نانوية تعتمد على معدن أكسيد الحديد المسمى "الماجنتيت". وكما يوحي اسمه، فهو معدن ذو خصائص مغناطيسية طبيعية، وهو موجود في أماكن مختلفة - بما في ذلك البكتيريا، التي تستشعر المجال المغناطيسي للأرض.

المغناطيسية ليست سوى واحدة من القوى المؤثرة على تلك الجسيمات النانوية. بالتعاون مع المجموعة البحثية للبروفيسور بيتر كرال (كرال) من جامعة إلينوي، شيكاغو، طور الدكتور كلاين والدكتور سينغ نموذجًا نظريًا لفهم كيفية قدرة القوى المختلفة على إعادة ترتيب جزيئات المغنتيت. يقول الدكتور كلاين: "إن الأنواع المختلفة من القوى تجعل الجسيمات النانوية تنتظم بطرق مختلفة". "يمكن لهذه القوى أن تتعارض مع بعضها البعض، لذا فإن الفكرة هي إيجاد التوازن الصحيح بينها، والذي يمكن أن يتسبب في تجميع الجسيمات ذاتيًا لتكوين هياكل من مواد جديدة." ووفقا للنماذج التي طوروها، فإن شكل الجسيمات النانوية مهم. اتضح أن المكعبات فقط هي التي توفر التوازن اللازم للقوى المتعارضة لإنشاء هياكل حلزونية.

ووجد الباحثون أن القوتين المتعارضتين الرئيسيتين المؤثرتين على الجسيمات هما القوة المغناطيسية وقوة فان دير فالس. تتسبب القوة المغناطيسية في تجاذب الجزيئات المغناطيسية وتنافرها، مما يدفع الجزيئات الشبيهة بالمكعب إلى ترتيب نفسها من الزاوية إلى الزاوية. ومن ناحية أخرى، تعمل قوى فان دير فال على تقريب وجوه المكعبات من بعضها البعض، و"إقناعها" بترتيب نفسها في صف واحد. عندما تعمل هذه القوى معًا على نفس المكعبات الصغيرة، فإن النتيجة هي ترتيبها المستقل كهياكل حلزونية الشكل.

في تجاربهم، تعرض العلماء لمجال مغناطيسي بتركيز عالٍ نسبيًا من مكعبات النانو القائمة على المغنتيت في المحلول. كانت السلاسل الحلزونية الطويلة التي بقيت بعد تبخر المحلول صلبة بشكل مدهش. كرروا التجربة مع الجسيمات النانوية ذات الأشكال المختلفة، ولكن كما توقعوا، وجدوا أن المكعبات فقط هي التي تتميز بالبنية الصحيحة، والتي تسمح لها بالتنظيم في ملف. بالإضافة إلى ذلك، وجد الدكتور كلاين والدكتور سينغ أنه عندما يكون هناك تركيز عالٍ من الجسيمات، فإنها تحصل على خيوط حلزونية، كلها منحنية في نفس الاتجاه. على ما يبدو، فإن القوى المتعارضة قادرة على "أن تأخذ في الاعتبار" الطريقة الأكثر فعالية لضغط الخيوط في مساحة معينة.

وعلى الرغم من المظهر المثير للإعجاب لخيوط الأنابيب النانوية، يقول الدكتور كلاين إنه من السابق لأوانه التفكير في التطبيقات التجارية. القيمة المباشرة لعمله، وفقًا له، هي العرض الأساسي للبناء الذاتي على مستوى النانو. يقول الدكتور كلاين: "على الرغم من دراسة المغنتيت بعمق - حتى في شكل جسيماته النانوية - لعقود عديدة، إلا أنه لم ير أحد هذه الهياكل من قبل". "فقط عندما نفهم كيف تؤثر هذه القوى على الجسيمات النانوية، يمكننا البدء في تطبيق النتائج، وربما إنتاج مواد جديدة قادرة على تنظيم وبناء نفسها."

يمكن الحصول على مزيد من المعلومات من مكتب المتحدث الرسمي باسم معهد وايزمان للعلوم: 08-934-3856