علوم آزمایشگاهی

محققان تغییرات دما را هنگام عبور یون ها از نانوحفره نظارت می کنند

اوزاکا، ژاپن – دانشمندان سانکن (موسسه تحقیقات علمی و صنعتی) در دانشگاه اوزاکا با استفاده از یک ترموکوپل ، اثرات حرارتی جریان یونی از طریق یک نانوحفره را اندازه‌گیری کردند. آنها دریافتند که تحت اکثر شرایط، هم جریان و هم توان گرمایشی با ولتاژ اعمالی که توسط قانون اهم پیش‌بینی می‌شود، تغییر می‌کنند. این کار ممکن است منجر به حسگرهای پیشرفته‌تر در مقیاس نانو شود.

نانوحفره‌ها، که منافذ بسیار کوچکی در یک غشاء هستند به قدری کوچک که تنها یک رشته DNA یا ذره ویروس می‌تواند از آن عبور کند، یک پلت فرم جدید هیجان‌انگیز برای ساخت حسگرها هستند. اغلب، یک ولتاژ الکتریکی بین دو طرف غشا اعمال می شود تا ماده مورد تجزیه و تحلیل را از طریق نانوحفره بکشد. در همان زمان، یون های باردار در محلول را می توان حمل کرد، اما تاثیر آنها بر دما به طور گسترده مورد مطالعه قرار نگرفته است. اندازه‌گیری مستقیم اثرات حرارتی ناشی از این یون‌ها می‌تواند به کاربردی‌تر کردن نانوحفره‌ها به عنوان حسگر کمک کند.

اکنون، تیمی از محققان دانشگاه اوزاکا یک ترموکوپل ساخته شده از نانوسیم‌های طلا و پلاتین با نقطه تماسی به اندازه ۱۰۰ نانومتر ساخته‌اند که به عنوان دماسنج عمل می‌کند. از آن برای اندازه‌گیری دما مستقیماً در کنار یک نانوحفره برش خورده به یک فیلم با ضخامت 40 نانومتر که روی یک ویفر سیلیکونی معلق است، استفاده شد.

گرمایش ژول زمانی اتفاق می افتد که انرژی الکتریکی توسط مقاومت سیم به گرما تبدیل می شود. این اثر در توسترها و اجاق‌های برقی رخ می‌دهد و می‌توان آن را به عنوان پراکندگی غیرالاستیک توسط الکترون‌ها در برخورد با هسته‌های سیم در نظر گرفت. در مورد یک نانوحفره، دانشمندان دریافتند که انرژی حرارتی متناسب با تکانه جریان یونی تلف می‌شود که مطابق با پیش‌بینی‌های قانون اهم است. هنگام مطالعه یک نانوحفره با اندازه 300 نانومتر، محققان جریان یونی یک نمک نمکی بافر فسفات را به عنوان تابعی از ولتاژ اعمال شده ثبت کردند. Makusu Tsutsui، نویسنده اول، می گوید: «ما رفتار تقریباً اهمی را در طیف وسیعی از شرایط تجربی نشان دادیم.

با نانوحفره‌های کوچک‌تر، اثر گرمایش بارزتر شد، زیرا مایع کمتری از سمت خنک‌تر می‌توانست برای یکسان کردن دما از آن عبور کند. در نتیجه، گرمایش می تواند یک اثر غیر قابل اغماض ایجاد کند، به طوری که نانوحفره ها تحت شرایط عملیاتی استاندارد چند درجه افزایش دما را تجربه می کنند. توموجی کاوای، نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید: «ما انتظار داریم که حسگرهای نانوحفره‌ای جدیدی ایجاد شود که نه تنها می‌توانند ویروس‌ها را شناسایی کنند، بلکه می‌توانند همزمان آن‌ها را نیز غیرفعال کنند. محققان موقعیت‌های دیگری را پیشنهاد کردند که در آن گرمایش می‌تواند مفید باشد – به عنوان مثال، برای جلوگیری از مسدود شدن نانوحفره توسط یک پلیمر، یا جدا کردن رشته‌های DNA در حال تعیین توالی.

– این بیانیه مطبوعاتی توسط دانشگاه اوزاکا ارائه شده است

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.