نمایی از نانوسیم های کربنی

فیزیکدانان در ایالات‌متحده تله مغناطیسی ساخته‌اند که می‌تواند ذرات میکروسکوپی را علی‌رغم حرکت براونی آن‌ها به دام اندازد. این تله که بر مبنای نانوسیم‌های مغناطیده با شکل زیگزاگی قرار دارد، می‌‌تواند به محققان در انجام آزمایش‌های شیمیایی و زیست‌شناسی در محیط ریزسیال کمک کند؛ در چنین محیطی سیالات به لحاظ هندسی مقید به مقیاس زیرمیلیمتری هستند.

ریزسیالش(Microfluidics)، حوزه‌ای نوظهور است که شامل انتقال پیکولیتری مایعات از طریق تونل‌هایی با پهنای میکرونی است. توانایی اجرای ازمایش‌ها در واحدهای کوچک، برای بسیاری از پژوهشگران شیمی، زیست‌شناسی و پزشکی مفید است زیرا مجبورند با موادی کار کنند که ترکیب آن‌ها - همانند داروهای جدید - گران یا دشوار است. به‌علاوه، چندین سامانه ریزسیال جدید می تواند با هم تعامل کرده و «آزمایشگاهی روی تراشه» بیافریند که پایه ای برای مطالعات بسیاری از فرایندهای شیمیایی باشند.

نیاز کلیدی ریزسیالش و نانوفناوری به طور عام، توانایی انتقال اجسام در مسیرهایی با طول 100 نانومتر تا 10 میکرومتر است،جایی که افت و خیز های تصادفی و حرکات گرمایی که «حرکت‌ براونی» نامیده می شوند، نقش بزرگی بازی می‌کنند. بدین منظور فنون متفاوتی ابداع گردیده اما هر کدام نواقصی دارند. برای مثال انبرک‌های نوری می‌توانند ذرات را با میدان‌الکتریکی تولید‌شده توسط یک پرتو لیزر متمرکز به دام بیندازند اما این فرایند می‌تواند باعث گرمای موضعی شود. انبرک ‌های دی‌الکتریک با میدانی الکتریکی بین الکترودها، نیز محیط را به شدت مختل می‌کنند.

فرمان های زیگزاگی مغناطیده 

اکنون، هارون چن(Aaron Chen) و همکارانش در دانشگاه ایالتی اهایو در کلمبوس ایالت متحده، تله‌ی ذراتی را معرفی نموده‌اند که ممکن است راهی برای برون‌رفت از این مشکلات داشته باشد. تله شامل یک سیم مغناطیده، ساخت‌ شده از آهن و کبالت است. پژوهشگران روی یک سطح سیلسیومی آن را به شکل زیگزاک در آورده اند. آنها  ابتدا یک میدان مغناطیسی قوی اعمال کردند و در‌نتیجه نقاط خمیده در راس ها به شدت مغناطیده شده و هر راس شبیه یک تک قطبی مغناطیسی با میدانی که به آن وارد میشود یا از آن خارج میشود رفتار میکند. راس‌ها به این گونه مانند تله های مغناطیسی عمل می کنند. سپس با اعمال میدان‌مغناطیسی ضعیف‌تر، قدرت تله را میزان کرده و این گونه رو رفتار ذرات را کنترل می‌کنند.

در این آزمایش ذرات دی‌اکسید آهن کپسول شده در یک پلیمر مورد استفاده قرار گرفته اند که شعاع کل آنها از 0.28 تا 0.6 میکرومتر است. این ترکیب به ذرات خاصیت ابرپارامغناطیسی می بخشد و در نتیجه می توانند در میدان‌های مغناطیسی نسبتا ضعیف نیز مغناطیده شوند بدون این که مغناطش دایم پیدا کنند. با استفاده از دوربین CCD، محققان دیدند که ذرات در تله ای در حدود 100 نانومتر قرار دارند. به عبارت دیگر، تله می تواند بر حرکت براونی ذرات بدون اتصال کامل به آنها فایق آید.

چن و همکارانش اکنون می‌خواهند روش خود را برای تله انداختن بیش از یک ذره گسترش دهند. او می گوید:«بررسی چگونگی [حرکت] و برهمکنش ذرات درون تله، هدف اصلی بعدی ماست.»

منبع:

Zigzag nanowire regulates Brownian motion; August 29, 2011

http://physicsworld.com/cws/article/news/47034

 مرجع:

Chen et.al., Regulating Brownian Fluctuations with Tunable Microscopic Magnetic Traps, Phys. Rev. Lett. 107, 087206 (2011)

http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.107.087206