نانوچاپ سه بعدی به کمک تشخیص نانوذرات آمد
مهندس وب: به گزارش مهندس وب، محققان با استفاده از نانوچاپ سه بعدی، سامانه ای دقیق و فشرده برای ره گیری نانوذرات طراحی نموده اند که عملکرد بالایی در محیط های زیستی دارد. دقت بالا، طراحی قابل حمل و سازگاری با فناوری های کوانتومی، آنرا به گزینه ای نوآورانه برای کاربردهای علمی و صنعتی بدل کرده است.
به گزارش گروه علمی ایرنا از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، در مطالعه ای تازه که در نشریه Light: Science & Applications انتشار یافته است، محققان موفق به توسعه روشی نوین برای تحلیل حرکت نانوذرات (NTA) شدند؛ روشی که بر پایه راهنمای موجی توخالی با مقطع مربعی (HCW) و متصل به فیبر نوری استاندارد بنا شده و با دقت بالا از راه فناوری نانوچاپ سه بعدی ساخته شده است.
این سامانه نوآورانه که با بهره بردن از چاپ نانومقیاس و اتصال مستقیم به فیبر نوری طراحی شده، گامی مهم در جهت ارتقاء دقت و پایداری اندازه گیری نانوذرات به شمار می آید و پتانسیل گسترده ای جهت استفاده در علوم زیستی، سنسورهای زیست محیطی و فناوری های نوپدید کوانتومی دارد.
چرا از راهنمای موجی توخالی استفاده شده است؟ راهنماهای موجی توخالی با هدایت نور از راه یک ناحیه خالی و احاطه شده با لایه ای ساختاریافته، امکان تعامل قوی تر نور با ماده را فراهم می کنند. این خصوصیت بخصوص برای اندازه گیری نانوذرات در محیط هایی با ضریب شکست پایین نظیر آب، بسیار پرارزش است؛ جایی که راهنماهای موجی سنتی کارآمدی لازم را ندارند.
در این میان، نوع خاصی از این راهنماها معروف به ARROW (راهنمای موجی بازتابی ضدرزونانسی) به سبب هم پوشانی بالای نور هدایت شده با محیط اطراف، امکان تحلیل دقیق تری بر اساس قانون بیر-لامبرت فراهم می آورد.
اتصال این نوع راهنماها به فیبرهای نوری رایج، احتیاج به سیستم های اپتیکی بزرگ و پیچیده را رفع می کند و یک ابزار جمع وجور و قابل حمل را در اختیار محققان قرار می دهد. همچنین، پیشرفت های اخیر در فناوری نانوچاپ سه بعدی امکان ساخت ساختارهای موجی با دقت زیرمیکرونی را فراهم آورده که برای کاربردهای پیشرفته در زیست سنسوری، اپتیک غیرخطی و فوتونیک کوانتومی بسیار حیاتی می باشد.
در این مطالعه، تیم تحقیقاتی از روش نوشتار مستقیم با لیزر بهره برده و با بهره گیری از فوتورزیست IP-DIP۲ و چاپگر نانویی تجاری، ساختار راهنمای موجی را به شکل یکپارچه روی سطح انتهایی فیبرهای نگهدارنده قطبش (PMF) چاپ کرده اند.
طراحی دقیق، هم راستاسازی بهینه و هدایت نور به روش ضد رزونانسی سبب کاهش خطاهای ساخت و بهینه سازی عملکرد دستگاه شده است.
برای بررسی عملکرد دستگاه، از شبیه سازی المان محدود (FEM) جهت تحلیل بهره وری جفت شدگی مود، توزیع شدت نور و تلفات در محیط های هوایی و آبی استفاده شده است. همچنین، آزمایش هایی با کمک طیف سنج، دوربین، منبع نور پهن باند و ابزارهای کنترل قطبش انجام شده تا عملکرد واقعی دستگاه مورد ارزیابی قرار گیرد.
در ادامه، نانوذرات طلای ۵۰ و ۱۰۰ نانومتری درون کانال توخالی این راهنمای موجی تزریق شده و با کمک لیزر پیوسته، اپتیک های جفت شده و میکروسکوپ پر سرعت، حرکت براونی ذرات در لحظه ثبت شده است.
نتایج نشان داد که این سامانه نوین، دقت بالایی در اندازه گیری ابعاد نانوذرات عرضه می کند. میانگین قطر هیدرودینامیکی به دست آمده از داده ها، با مقادیر واقعی مطابقت بالایی داشت. استفاده از فیبر تک مد قطبش نگهدار و استقرار عمودی غشای پلیمری نسبت به محور میکروسکوپ، سبب ثبت پایدارتر تصویر و یکنواختی تابش نور شد که امکان ره گیری طولانی مدت نانوذرات را بدون اعوجاج فراهم نمود.
بازده جفت شدگی بین فیبر نوری و مودهای راهنمای موجی، در شرایط تطابق قطبش، بیشتر از ۷۰ درصد بود و تلفات نوری بین ۱ تا ۲ دسی بل در هر ۱۰۰ میکرون گزارش شد؛ مقداری که باتوجه به پیچیدگی ساختار قابل قبول است.
در حین اجرای NTA، راهنمای موجی در محفظه ای حاوی محلول نانوذرات قرار گرفت و بیشتر از ۱۰۰ مسیر حرکتی نانوذره به شکل بلادرنگ تصویربرداری شد. تحلیل آماری با بهره گیری از جابه جایی میانگین مربعی (MSD)، تطابق خوبی با نتایج روش DLS (پراکندگی نور دینامیکی) داشت که دقت و قابلیت اعتماد سیستم را تایید می کند.
این موفقیت علمی، افق های جدیدی را در حوزه های متعدد می گشاید. در زیست تحلیل و علوم پزشکی، این سامانه می تواند برای شناسایی دقیق نانوذرات در کاربردهای تشخیصی، پایش دارورسانی هدفمند و بررسی تعاملات سلولی به کار گرفته شود.
در حوزه محیط زیست، امکان شناسایی آلاینده ها در غلظت های بسیار پایین فراهم می شود که گامی مهم در جهت پایش و کنترل دقیق تر آلودگی هاست. همچنین، اتصال این راهنماهای نوری به فیبرهای استاندارد، بستر مناسبی برای طراحی ابزارهای قابل حمل و کاربرد میدانی در سنسورهای کوانتومی، ریزسیالات، طیف سنجی مادون قرمز و اپتیک پیشرفته فراهم می آورد.
منبع: webengineers.ir
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب