پاکسازی آلودگی محیط زیست با نانوشناگر هایی کوچک تر از سر سنجاق - پرشین بلاگ

به گزارش گروه فناوری خبرنگاران، محققان دانشگاه کلرادو نشان دادند که ذرات کوچک و خودران موسوم به نانوشناگر می توانند 20 برابر سریع تر از سایر ذرات منفعل از پیچ و خم ها فرار کنند و این امر زمینه استفاده از آن ها را در حوزه های مختلف از پاکسازی های صنعتی گرفته تا تحویل دارو فراهم می کند.

در حالی که این ذرات به طور باورنکردنی کوچک هستند، حدود 250 نانومتر قطر داشته، اما هنوز هم بسیار کوچکتر از سر سنجاق (1-2 میلی متر) هستند. با این که ابعاد این ذرات بسیار کوچک است، اما تولید مقیاس پذیر آن ها امکان پذیر است. این بدان معنی است که این ذرات می توانند برای حمل بار و رساندن دارو ها استفاده شده و همچنین از طریق خاک زیر زمین یا سواحل ماسه ای برای حذف آلاینده های ناخواسته در محیط حرکت کرده و در آن ها نفوذ کنند.

در مقاله ای که این گروه تحقیقاتی نوشته اند نشان داده شده است که چگونه این نانوربات های کوچک مصنوعی در فرار از حفره ها در محیط هایی پر پیچ و خم مهارت بسیار باور نکردنی دارند. این نانوشناگر ها می توانند روزی برای از بین بردن خاک آلوده، بهبود فیلتراسیون آب و یا حتی رساندن دارو ها به منطقه ها هدف در بدن مانند بافت های متراکم مورد استفاده قرار گیرند.

دانیل شوارتز، نویسنده ارشد این مقاله و استاد مهندسی شیمی و به همراه گلن ال مورفی معتقدند که این کشف یک پدیده کاملاً نو است که به طیف گسترده ای از کاربرد ها منجر خواهد شد.

به گفته شوارتز، این نانوشناگر ها حدود 20 سال پیش مورد توجه جامعه فیزیک نظری قرار گرفتند و محققان کاربرد های بسیاری را برای آن ها را تصور می کردند. اما متأسفانه این کاربرد های ملموس هنوز تحقق نیافته است، یکی از دلایل عدم تحقق این کاربردها، مشاهده و مدل سازی سخت حرکت آن ها در محیط است.

این نانوشناگر ها که ذرات جانوس هم نامیده می شوند (به نام خدای دو سر رومی)، ذرات کروی کوچکی هستند که از پلیمر یا سیلیس تشکیل شده اند و در هر طرف از این کره ها با خواص شیمیایی مختلفی وجود دارد. یک نیمکره باعث ایجاد واکنش های شیمیایی می شود، اما نیمکره دیگر چنین واکنشی را ایجاد نمی کند. این تفاوت عملکرد یک میدان شیمیایی ایجاد می کند که به ذره اجازه می دهد انرژی را از محیط گرفته و آن را به حرکت جهت دار تبدیل کند که به خود رانشی هم معروف است.

شوارتز گفت: در زیست شناسی و موجودات زنده، پیشرانه سلولی ساز و کار غالب است که باعث حرکت می شود. با این حال، در کاربرد های مهندسی شده، به ندرت از آن استفاده می شود. کار ما نشان می دهد که کار های زیادی می توان با نیروی محرکه خودران انجام داد.

برخلاف این نانوشناگرها، ذرات منفعل بطور تصادفی حرکت می کنند، نوعی حرکت که معروف به حرکت براونی است. نام آن ها از روبرت براون دانشمند قرن نوزدهم گرفته شده است که مواردی مانند حرکت تصادفی دانه های گرده معلق در آب را مطالعه کرده است.

محققان در این تحقیق، این ذرات منفعل براونی را به ذرات جانوس (نانوشناگر) تبدیل کردند. سپس آن ها این نانوشناگران خودران را وادار کردند که در پیچ و خم موجود در یک محیط متخلخل حرکت کنند و مقایسه کردند که چگونه راه های فرار را در مقایسه با ذرات منفعل براونی پیدا می کنند.

ذرات ژانوس در فرار از حفره های درون پیچ و خم 20 برابر سریع تر از ذرات براونی موثر عمل کردند، زیرا به طور راهبردی در امتداد دیواره های حفره ها حرکت می کردند و در پی راستا هایی می گشتند که به آن ها اجازه می داد خیلی سریع خروجی ها را پیدا کنند. همچنین به نظر می رسد که نیروی محرکه آن ها باعث افزایش انرژی مورد نیاز برای عبور از راستا های خروجی درون پیچ و خم می شود.