نانوذرات و ریزنمایی نسل بعد!

نانوذرات و ریزنمایی نسل بعد!زنگ تفريح فيزيك ويرايش مطلب نانوذره‌ها به پیشرفت ریزنمایی با وضوح بالا کمک می‌کنند.

فیزیک‌دان‌هایی از چین و استرالیا روشی جدید برای شکستن حد پراش در ریزنمایی نوری کشف کرده‌اند. در این تکنیک از نانوذره‌ها برای ارتقای بهره‌وری ریزنماییِ «تخلیه‌ی تابش برانگیخته شده یا STED» استفاده شده که منجر به کاربرد سطوح پایین‌تر تابش نسبت به آنچه قبلاً انجام میشد شده است. ریزنمایی STED توسط یک فیزیک‌دان آلمانی‌الاصل به نام استفان هال طراحی شد. او برای طراحی این روش جایزه‌ی نوبل شیمی سال 2014 را از آن خود کرد. در این روش می‌توان اجسامی را که بسیار کوچک‌تر از طوج موج نور هستند، با استفاده از میکروسکوپ مشاهده کرد. چنین چیزی با استفاده از میکروسکوپ‌های متداول امروزی غیرممکن بود.

حلقه‌ی دونات

در این میکروسکوپ نواحی مورد نظر به وسیله‌ی مولکول‌های فلورسنت علامت‌گذاری شده و سپس این مولکول‌ها به وسیله‌ی نور وادار به تابش می‌شوند. یک پرتوی تخلیه‌ی ثانوی هم نور را در همه جا به جز حفره‌ی مرکزی از بین می‌برد (و شکلی شبیه دونات ایجاد می‌کند). توزیع فضایی مولکول‌های فلورسنت را می‌توان با اسکن تابش‌های روی نمونه با وضوحی بسیار بالاتر از اندازه‌ی طول موج استفاده شده دریافت.

وضوح ریزنمایی STED متناسب با تایش تخلیه افزایش می‌یابد. هرچند که اگر این تابش بیش از حد لازم قدرتمند باشد، حرارت نمونه‌ی مورد مشاهده را بالا برده و در نهایت آن را از بین می‌برد. این پدیده یک محدودیت عملی را برای وضوح قابل دستیابی اعمال می‌کند. اکنون پنگ ژی، دایونگ جین و همکارانشان در دانشگاه مک کویر و چندین انستیتوی پژوهشی دیگر در چین و استرالیا با جایگزین کردن نانوذرات تقویت شده با لانتانید، به جای مولکول‌های فلورسنت در صدد رفع این مشکل هستند. این نانوذره‌ها 13 نانومتر قطر دارند و فوتون‌ها را جذب و نشر می‌کنند.

نور آبی: هنگام تابش در نور 980 نانومتر نزدیک فروسرخ، نانوذره‌های تقویت شده با لانتانید، نور آبی در طول موج حدود 455 نانومتر را تابش می‌کنند. البته زمانی که تابش تخلیه در طول موجی حدود 808 نانومتر بر نانوکریستال‌ها بتابد، تابش را تحریک کرده و انتشار نور آبی توسط نانوذره‌های تقویت شده با لانتانید متوقف می‌شود. در این حالت به جای نور آبی، نور قرمز منتشر می‌شود.

برای بررسی این‌که آیا نانوذرات برای ریزنمایی STED مناسب هستند یا خیر، از محیط شبکه‌ی نانوکریستال‌ها استفاده شد که در میکروسکوپ فلورسنت به کار می‌روند. سپس این گروه محقق از STED برای تصویربرداری نانوذره‌های تقویت شده با لانتانید در وضوح فضایی 28 نانومتر استفاده کرد که بسیار کمتر از طول موج استفاده شده در این آزمایش بود. محققان می‌گویند در صورت استفاده از میکروسکوپ اولیه‌ی STED، دستیابی به این وضوح به تابش تخلیه‌ی بسیار بیشتری نیاز داشت. یکی دیگر از مزایای استفاده از نانوذرات تقویت شده با لانتانید، این است که نور نزدیک فروسرخ را می‌توان با دو دیود لیزری ساده ایجاد کرد.

در نهایت باید اذعان کرد که این تکنیک هم نقاط ضعف خود را دارد. تابش نور آبی که توسط نانوذره‌ها به دست می‌آید، بسیار کمتر از تابش آبی طراحی اولیه‌ی STED است. یعنی مدت زمان لازم برای ایجاد تصویر، ده برابر بیشتر است. همچنین پژوهش‌های بعدی بر این نکته تأکید دارند که چگونه نانوذره‌ی تقویت شده با لانتانید، تنها بر بخش خاصی از یک نمونع متمرکز باشند. از طرفی نانوذره‌ها هنگام پراکنده شدن روی نمونه نباید به یکدیگر بچسبند. این روش به طور کامل در مجله‌ی علمی نیچر شرح داده شده است.