Yöntem; parçacıkları plastik mikro-tanecikler, bakteriyel sporlara, bir sıvı içinde belirli bir yerde toplanıp düzenlemeye ve istenirse yeni yerlere taşınmaya yarayan kirleticilere teşvik eder. Yeni yöntemi açıklayan makale Angewandte Chemie dergisinde yer almaktadır.
Penn Eyaletinde Seçkin Kimya Profesörü Ayusman Sen, “Sensörler, ilaç dağıtımı ve nanoteknoloji ile ilgili birçok uygulama, sıvı akışının hassas bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir. Araştırmacılar, nanomotorlar ve sıvı pompaları dahil olmak üzere, bunu yapmak için bir takım stratejiler geliştirdiler. Bu çalışmadan önce, belirli bir yerde parçacıkları toplamak için kolay bir yol bulamadık. Ancak çalışmada geliştirilen yöntem sayesinde sensörler; yararlı bir işlevi yerine getirebilir. Daha sonra yeni bir konumda, aynı işlevi tekrar gerçekleştirebilirler.
Örneğin, bir su örneğinde kirletici parçacıklarını veya bakteriyel sporları tespit etmek için bir sensör oluşturmak istiyoruz. Bu yeni yöntemle, sadece altın veya titanyum dioksit nano parçacıklarını ekleyebilir ve ışığa kirletici parçacıkları veya sporları toplanmaya teşvik edebiliriz. Böylece parçacıkları bir noktada toplayarak, tespit etmekte, ışık kullanımı çok kolay olduğundan yüksek derecede kontrol sağlar. “
Kirletici partiküller belirli bir yerde toplanabildiği gibi, bir sıvının içindeki belirli yerlerde antikorlar veya ilaçlar gibi bir yük taşıyan silika veya polimer tanecikler toplamak için de kullanılabilir.
Yeni yöntem, ilk önce; az miktarda titanyum dioksit veya altın nanoparçacıklarının su gibi bir sıvıya, ayrıca bir yükü taşıyan kirleticiler veya tanecikler gibi daha büyük ilgi parçacıkları içeren bir sıvıya eklenmesini içerir. Sıvının belirli bir noktasında bir ışığın parlatılması; minik metal nanoparçacıkları ısıtır ve ısı sıvıya aktarılır. Daha sonra ılık sıvı, soğuk bir odada sıcak hava yükselirken ve ılık suyun bıraktığı boşluğu doldurmak için daha büyük suları getirerek, daha soğuk su akarken yükselir.
Penn State’ten Kimya ve Yüksek Lisans Öğrencisi Benjamin Tansi: “Bu, daha büyük parçacıkların, UV ışığında toplanmasına neden olur. Bunlar kolloidal kristaller olarak adlandırılan iyi organize edilmiş yapılar oluştururlar. Işığın yoğunluğunun, titanyum dioksit veya altın parçacıklarının miktarının değiştirilmesi; bu işlemin ne kadar hızlı gerçekleştiğini değiştiriyor.”
Nano Parçacıklar ve Işık
Işık çıkarıldığında; daha büyük parçacıklar rastgele sıvının içinden yayılır. Fakat eğer ışık yerine yeniden yerleştirilirse, büyük parçacıklar, hareket ettikçe yapılarını koruyarak, yeni ışık noktasına doğru hareket eder. Bu dinamik montaj, sökme ve organize parçacıkların hareketi, algılama ve ilaç dağıtımı için önemli etkilere sahip olabilir.
Tansi: “Bu işlem, altın nanoparçacıkları kullanıldığında en verimli olanıdır. Ancak daha ucuz ve daha erişilebilir bir alternatif bulmak istedik. Bu yöntemin kozmetikte kullanılan ucuz ve zararsız bir nanoparçacık olan ve titanyum dioksit ile çalıştığını ve gıda katkı maddesi olarak çalıştığını gördük.”
Suya ek olarak, araştırmacılar bu yöntemin etkinliğini organik bir sıvı olan heksadekanda* gösterdiler.
Sen: “Parçacıklar genellikle tuzlu ya da susuz ortamlarda çok iyi birleşmezler. Çünkü her şey birbirine yapışıyor. Ama burada parçacıklar bu yöntemi kullanarak heksadekan içinde toplanabileceğini gösteriyor. Bu da bu tekniği uygulayabileceğimizi gösteriyor. (Biyolojik sıvılar içinde…) Bildiğimiz kadarıyla, bu organik ortamdaki ışıkla çalışan sıvı pompalamasının ilk gösterimidir. “
Anna Balazs liderliğindeki Pittsburgh Üniversitesi’ndeki araştırma ekibinin üyeleri; sistemin dinamiklerini tanımlamak için matematiksel modeller kullandılar. Sistemde partiküllerin nasıl hareket ettiğini açıklamaya ek olarak; modeller, sıvı akışını indüklemek için ultraviyole ışığından sadece bir santigrat dereceden daha düşük bir sıcaklık değişiminin gerekli olduğunu doğrulamaktadır.
Araştırma ekibi şu anda bu yöntemin sınırlarını test ediyor. Örneğin parçacıklar ışık kaynağına doğru yokuş yukarı hareket edebilir mi veya yöntem parçacıkları boyuta göre sıralamak için kullanılabilir mi gibi…
Tansi: “Süspansiyondaki altın nanoparçacıklarının ısıtılmasının bir sıvı akışı yaratabileceğini biliyorduk. Ancak bu çalışmadan önce kimse bu tür termal olarak tahrik edilen sıvı akışlarının faydalı bir şey yapmak için kullanılıp kullanılamayacağını görmemişti. Çünkü ultraviyole Işık ve titanyum dioksitin kontrolü çok kolaydır. Bu yöntemin gelecekte çeşitli teknolojilerde kullanılabileceğini düşünüyoruz. Örneğin, bu yönteme,mıknatıslara ya da mekanik hareketlere dayanan bir sıvı pompası, güç kaynağı gerektiren hacimli ve daha pahalı geleneksel pompaların yerini alabilir. “
*Heksadekan :Heksadekan (ayrıca setan olarak da bilinir), C16H34 kimyasal formülüne sahip bir alkan hidrokarbondur.
