شكل جديد من أشكال تنظيم الهياكل النانوية يولد إشارات رامان التي يتم تضخيمها مئات الآلاف من المرات، وهذا لصالح تحديد وتوصيف الجزيئات المختلفة
![الكشف عن تركيزات منخفضة للغاية لجزيء مادة اختبارية باستخدام أسلاك السيليكون النانوية التي يتم تثبيت جسيمات الفضة النانوية عليها [الصورة مقدمة من VS Vendamani]](https://www.hayadan.org.il/images/content3/2018/05/180102114213_1_540x3601-500x282.jpg)
[ترجمة د.نحماني موشيه]
نظرًا لأن مجالات الطب والصيدلة تركز أكثر فأكثر على العمليات التي تحدث على مستوى النانومتر، فإن تحديد وتوصيف الجزيئات المختلفة يصبح مهمة مهمة. إن مطيافية رامان، التي تعتمد على تشتيت شعاع الليزر للتعرف على الجزيئات، محدودة في قدرتها على تحديد الجزيئات في العينات المختلطة بسبب استقبال إشارات ضعيفة للغاية، لكن الباحثين في الهند نجحوا في تحسين التعرف الجزيئي عند التركيزات المنخفضة. عن طريق تنظيم جسيمات الفضة النانوية على أسلاك السيليكون النانوية.
يستخدم مطياف رامان المحسن السطحي (SERS) المجالات الكهرومغناطيسية لتحسين تشتت رامان وزيادة حساسية الطريقة باستخدام الأصباغ القياسية مثل رودامين 6G حتى مليار مرة. قام فريق البحث بدمج تركيزات مختلفة من الجسيمات النانوية الفضية على أسلاك السيليكون العمودية لتحسين البنية ثلاثية الأبعاد للمصفوفة. نتائجهم نشرت منذ فترة طويلة في المجلة العلمية مجلة الفيزياء التطبيقيةأظهر أن الجهاز المبتكر قادر على تضخيم إشارات رامان للمواد في حدود مائة ألف. وقال الباحث الرئيسي: "إن جمال طريقتنا هو أننا قادرون على زيادة كثافة هذه الأسلاك النانوية من خلال الكيمياء البسيطة".
"إذا كانت هناك كثافة عالية من الأسلاك النانوية، فيمكنك دمج المزيد من جزيئات الفضة النانوية في الركيزة وبالتالي زيادة حساسية الجهاز." ومع ذلك، فإن دمج الهياكل النانوية المطلوبة في أجهزة التحليل الطيفي SERS لا يزال يمثل تحديًا. لقد ولّد تصميم هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد باستخدام أسلاك السيليكون النانوية الكثير من الاهتمام نظرًا لمساحة سطحها العالية ومستوى الأداء المفضل، ومع ذلك، لا يزال تصنيع أسلاك السيليكون النانوية مكلفًا. وبدلاً من ذلك، تمكن فريق البحث من إيجاد طريقة أرخص لصنع أسلاك السيليكون النانوية واستخدام طريقة هضم خاصة لإنتاج مجموعة واسعة من الأسلاك النانوية. وقام الباحثون "بتزيين" هذه الأسلاك النانوية بجزيئات الفضة النانوية ذات الكثافة المتغيرة والمتحكم فيها، وهي مصفوفة أدت إلى زيادة مساحة سطح الأسلاك النانوية المستخدمة في الكشف.
يوضح الباحث: "إن تحسين هذه الهياكل الرأسية يتطلب جهدًا كبيرًا في البداية". وبعد أن قام الباحثون بتحسين نظامهم بحيث يتمكن من اكتشاف صبغة الرودامين بتركيز نانومتري، تمكن الباحثون من الحصول على حساسية أعلى بعشرة آلاف إلى مائة ألف مرة. كان النظام قادرًا على اكتشاف السيتوزين، وهو الحمض النووي الذي يشكل الحمض النووي، بالإضافة إلى مادة بيركلورات الأمونيوم، وهو جزيء قادر على التلميح إلى وجود متفجرات، بتركيزات قليلة للغاية تبلغ 50 و10 ميكرومولار، على التوالي. شجعت هذه النتائج الباحثين على الاعتقاد بأنه سيكون من الممكن في وقت قصير اكتشاف المركبات بتركيزات أقل، عند مستويات النانومولار أو حتى البيكومولار. ويمهد عمل فريق الباحثين الطريق لعدة اتجاهات مستقبلية في الأبحاث، بداية من إجراء تجارب على جزيئات نانوية مختلفة (الذهب مثلا) إلى زيادة كفاءة الأسلاك النانوية أو اختبار هذه الأجهزة بجزيئات مختلفة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
سيداتي وسادتي، هناك عدد غير قليل من الأخطاء والتحريفات في هذا المنشور. أهمها مذكورة أدناه:
أولاً، تحدث الباحثون عن تضخيم الإشارة باستخدام طريقة SERS حتى تضخيم الإشارة مليار مرة؛ ومع ذلك، في الأدبيات المهنية، من المعروف أن بنية SERS تزيد (بالفعل اليوم!) حساسية الكشف 10 مرات إلى القوة العاشرة وما يصل إلى 10 مرات إلى القوة 10، مما يعني أن هناك بالفعل أجهزة في السوق اليوم يمكنها تضخيم الإشارة 11 مرة أكثر مما ورد في هذا المنشور. إذا كان الأمر كذلك - ما هو المميز في هذا المنشور؟ إنها لا تقترب من كعب التكنولوجيا الموجودة الآن! الباحثون الذين نشروا هنا وصلوا إلى مستوى منخفض جدًا من التضخيم، لذلك ليس لديهم أي سبب للإثارة.
ثانيا من رسم النظام يظهر أن جسيمات الفضة النانوية الموجودة على سطح أسلاك السيليكون تكون مغمورة في محلول الحليلة وتحافظ على حالة التركيز المسبق أي أنها تستخرج الجزيئات المطلوبة من المحلول وبالتالي تزيد اشارتهم. إنه غير مرتبط تمامًا ويشبه نموذج استشعار SERS! وهنا زيادة التركيز ثنائي الأبعاد للجزيئات من خلال الامتزاز، مما سيؤدي بالتأكيد إلى زيادة الإشارة التي سيتم استقبالها وفقًا لقانون بار لامبرت! ومع ذلك، كما ذكرت في القسم 1، فإنها تصل في أحسن الأحوال إلى حوالي 1٪ من الحساسية لإشارات رامان التي تم الحصول عليها من SERS "الحقيقية" الموجودة بالفعل اليوم!
في الختام، أود أن أقترح أن يستمر هؤلاء الباحثون في نظامهم الحالي ولكن يقيسون الإشارات باستخدام الكيمياء الكهربائية (والتي، بالمناسبة، لديها تضخيم حوالي 100,000 مرة بسبب ثابت فاراداي الذي تبلغ قيمته الدقيقة 96,485 كولوم لكل مول). يمكن أيضًا الإشارة إلى هذا الجهاز باسم جهاز FET (ترانزستور التأثير الميداني)، نظرًا لاعتماد التوصيل الكهربائي لأسلاك السيليكون على بيئتها المباشرة - مثل التغيرات في النسبة بين عدد جزيئات الفضة التي تظل مكشوفة و عدد جزيئات الفضة المرتبطة بالجزيئات العضوية محل الدراسة. إن حماسة هؤلاء الباحثين في قياس رامان بالطريقة الموصوفة في هذا المنشور أمر مخزي حقًا ... ؟؟؟