حقق الباحثون تقدمًا كبيرًا في تطوير مقياس طيفي صغير وبأسعار معقولة مصنوع من قطعة من الزجاج

ستحل شريحة بصرية بحجم أربعة ملليمترات محل مطياف أكبر بكثير، وستسمح بالتعرف الفوري على المواد مثل العينات الطبية والمتفجرات وتلوث الهواء والمزيد

توصل باحثون من جامعة بن غوريون في النقب وجامعة ساوثامبتون في إنجلترا إلى إنجاز كبير في مجال الرقائق الضوئية الدقيقة. لقد حفروا أدلة موجية، وهي القنوات التي يتدفق من خلالها الضوء، على قطعة من الزجاج المصقول، مع سحب الجزيئات إلى الدوائر المصغرة التي كانت مشحونة بالأكسجين. تتمتع هذه الرقائق الضوئية الجديدة بالعديد من التطبيقات في مجالات الطب الحيوي والاتصالات البصرية.

أحد هذه التطبيقات هو مقياس الطيف الذي يبلغ حجمه أربعة ملليمترات فقط، والذي يمكن أن يوفر نتائج فورية. تقوم الشريحة على الفور بتحليل الخواص الكيميائية للمادة وتكشف عن توقيعها الفريد. التوقيع هو التردد المحدد الذي يتردد عنده الرابط الكيميائي عندما يمر الضوء من خلاله.

يمكن لمثل هذه الأجهزة التمييز الفوري بين الفيروسات وتحليل أي مادة أو الكشف عن الملوثات البيئية مثل تلوث الهواء والماء.

عادةً ما تكون أجهزة قياس الطيف الحالية أكبر بعدة مرات، وتتطلب في المستشفيات فنيًا متخصصًا لنقلها من غرفة إلى أخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن أحجام العينات المطلوبة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن تنفيذ بعض العمليات الدقيقة حتى الآن، خشية أن تضر المريض. الدكتورة ألينا كاراباتشيفسكي من جامعة بن غوريون في النقب، الباحثة الرئيسية وزميلتها، البروفيسور اليكسي كافكين من جامعة ساوثهامبتون، لم يقتصر الأمر على تحسين آلية الكشف بشكل كبير فحسب، بل جعل من الممكن تقليل حجم عينة المادة المطلوبة لإجراء التحليل الكيميائي وتحديد بصمة المادة بشكل كبير.

وقد نُشرت نتائجهم الرائدة مؤخرًا في مجلة Scientific Reports المرموقة من مجموعة Nature Publishing Group، وهم أول من استخدم الزجاج البسيط كأساس لمثل هذه الرقائق.

"يمكن لشريحتنا الجديدة أن تكون الأساس لمقياس الطيف الموجود بجانب سرير كل مريض في كل مستشفى. فالوسائل التي نستخدمها، كالزجاج والضوء، رخيصة الثمن ومتوفرة بكثرة. يمكن تحليل قطرة واحدة من العينة على أحد أدلة الموجات بسرعة الضوء. يقول الدكتور كرافشيفسكي: "في الواقع، يمكن لقطعة واحدة من الزجاج تحليل عدة مواد في نفس الوقت".

علاوة على ذلك، يضيف الدكتور كاراتشيفسكي، أنه سيكون من الممكن الآن إجراء عمليات دقيقة مثل تحليل عينة من رئتي طفل مريض، حيث كل ما هو مطلوب هو عينة صغيرة. وحتى الآن، كانت مثل هذه العمليات تتطلب عينة كبيرة جدًا، مما يعرض المريض للخطر.

وتقول إن التطبيقات الأخرى تشمل التحليل الفوري للمتفجرات المشتبه بها باستخدام جهاز محمول باليد.

"هناك العديد من الاتجاهات الجديدة التي يشجعنا هذا العمل على استكشافها: من الاختراقات في أساسيات التفاعل بين التوافقيات الضوئية والجزيئية (النغمات) تحت الإشعاع الذي يمر عبر الشريحة، إلى الأجهزة الفعلية مثل أجهزة قياس الطيف وكاشفات الجسيمات على شريحة و أجهزة "طبيب في جيبك". كما أن هذا العمل يمهد الطريق لتطبيق أوسع للمكونات الضوئية العضوية المتكاملة، مثل المرشحات والمفاتيح ذات القدرات الأعلى، والتي ستحدث ثورة في التكنولوجيا الضوئية المتكاملة، التي تعتمد اليوم بشكل أساسي على أشباه الموصلات".

الدكتور كاراباشيفسكي هو رئيس مجموعة Or-on-a-Chip وعضو في وحدة الهندسة الكهربائية الضوئية ومعهد إيلزا كاتس للعلوم والتكنولوجيا في مجال النانو في جامعة بن غوريون في النقب. البروفيسور كافوكين هو رئيس وحدة فيزياء النانو والضوئيات في قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة ساوثامبتون.

إلى هذه المادة