وإلى جانب الاهتمام المتزايد باستخدام الجسيمات النانوية في مجموعة متنوعة من المجالات، بدءًا من المواد المضادة للبكتيريا، والتصوير الطبي، وانتهاءً بالأجهزة الإلكترونية، تزداد أيضًا الحاجة إلى فهم المخاطر البيئية والصحية والسلامة لهذه الجسيمات. طور باحثون من المعهد الوطني للتكنولوجيا والمعايير (NIST) عملية بسيطة لإنتاج البلورات النانوية التي ستسمح بإجراء دراسات فيما يتعلق ببعض الخصائص الكيميائية والفيزيائية المسؤولة عن نشاط هذه الجسيمات النانوية مع محيطها.
وبما أن الجسيمات النانوية تتصرف بشكل مختلف عن الأشكال السائبة من نفس المادة، فلا بد من تطوير اختبارات جديدة لفحص تأثيرها على النظم البيولوجية. ويحدد علماء السموم (خبراء السموم) المخاطر الناشئة عن الجسيمات النانوية عن طريق إدخالها في النظم البيولوجية ومراقبة تأثيرها عليها، لكنهم يفتقرون حاليا إلى سلسلة من الجسيمات المرجعية التي تم إعداد حجمها وشكلها وتركيبها وتحديدها بالشكل المطلوب.
في ورقة بحثية جديدة، نشرت في المجلة العلمية Angewandte Chemie، وصف علماء من المعهد عملية من خطوة واحدة تسمح لهم بالتحكم في حجم وشكل وتركيب البلورات النانوية المصنوعة من سبائك الذهب/النحاس أثناء الحصول على مكعب نانوي بشعر مستعار مثالي بقياس 3.4 نانومتر. - حوالي نصف سمك غشاء الخلية البيولوجية وبنفس حجم الحمض النووي.
قام الباحثون بخلط وتسخين المواد الأولية للذهب والنحاس مع مواد كيميائية أخرى للحصول على مكعبات نانوية مثالية وموحدة وبلورية، مع استخدام عالي. ومن أجل اختبار عملية الإنتاج، أخذوا عينات بعد ساعة واحدة، وساعة ونصف، وخمس ساعات وأربع وعشرين ساعة، واكتشفوا أن خمس ساعات فقط تكفي لصنع جسيمات نانوية مكعبة الشكل تمامًا ذات حجم موحد. ومن خلال ضبط الكميات النسبية للمواد الكيميائية الأولية وزمن التفاعل، تمكنوا من التحكم بدقة في حجم وشكل وتركيب الأنابيب النانوية. وهذه العملية فريدة من نوعها من حيث أنها تسمح بالتحكم في نسبة ذرات الذهب مقارنة بذرات النحاس الموجودة داخل المكعب النانوي بحيث تكون 3:1 أو 1:3.
"هذه عملية بسيطة، وعلى حد علمنا، فهي أول عملية على الإطلاق تستخدم الكيمياء الاصطناعية في نهج "من القاعدة إلى القمة" لإنتاج مكعب ذهبي نانوي بحجم أقل من خمسة نانومتر. يقول الفيزيائي ر. هايت ووكر، الذي كان أحد مؤلفي البحث: "كان أي إعداد لبنية أصغر من عشرة نانومترات يمثل تحديًا بسبب السلوك المتغير لذرات الذهب".
ستسمح العملية المبتكرة لإعداد مثل هذه المكعبات النانوية لعلماء السموم بتغيير إحدى خصائص المكعب النانوي بشكل منهجي في كل مرة وقياس تأثير هذا التغيير على الاستجابة البيولوجية، إن وجدت.
ويقول الباحث إن هذا التركيب والأنابيب النانوية عالية الجودة التي يتم الحصول عليها من خلالها يمكن استخدامها في تطبيقات أخرى في مجالات مثل الطاقة الشمسية. "في العادة، لا نكون قادرين على إعداد كميات كبيرة من العينات عالية الجودة للتجارب؛ الآن أصبحنا قادرين على ذلك".
ويشير الباحث إلى أن الأنابيب النانوية المثالية تختلف عن الأنابيب النانوية الأخرى المعروفة في الأدبيات العلمية. ستسمح الشعيرات الحادة، على عكس الشعيرات المقطوعة أو المستديرة، بوجود كيمياء مختلفة وأكثر نشاطًا، والتي يمكن أن تحقق فائدة في تطبيقات مثل المحفزات - والتي يمكن من خلالها استخدام الأنابيب النانوية لبدء أو تسريع التفاعلات الكيميائية.
