RSS
پنجمین همایش سالیانه بانوان در فیزیک ایران نهمین کنفرانس فیزیک ریاضی ایران
وبینار ماهانه شاخه فیزیک محاسباتی انجمن کنفرانس فیزیک ایران ۱۴۰۴ گردهمایی سراسری فیزیک ایران ۱۴۰۴ شانزدهمین کنفرانس فیزیک ذرات و میدان‌ها
دانشمندان با قرار دادن یک مولکول آب درون فلورین و هدایت آن در یک نانولوله، رفتار غیر عادی را مشاهده کردند که کاربردهای زیادی را در دارورسانی خواهد داشت.
قرار دادن یک مولکول آب، درون قفسی از اتم‌های کربن 60، ساختاری را ایجاد کرده که می‌تواند توسط یک میدان الکتریکی هدایت شود.
مولکول آب، پلاریته الکتریکی را به کره فلورین می‌دهد که آن را احاطه می‌کند، و هر چند که آن را از نظر الکتریکی خنثی نگه می‌دارد اما باعث می‌شود که فلورین در یک میدان الکتریکی هدایت شود.
فلورین‌ها قفس‌های مولکولی بزرگی هستند که تماما از اتم‌های کربن ساخته شده‌اند، و محققان قادرند خواص آنها را با گیرانداختن اتم‌های دیگری در درون‌شان تغییر دهند. دو نظریه‌پرداز در Physical Review Letters به تحلیل کشف تازه‌ای پرداختند، یعنی فلورینی که حاوی یک مولکول آب است. آنها نشان دادند که این ترکیب جدید به طور شگفت آوری به میدان الکتریکی پاسخ می‌دهد، و باعث می‌شود کل ساختار با استفاده از یک کانال باریک در یک جهت هدایت شود. اگرچه، هنوز خیلی روشن نیست که چرا جسمی بدون بار خالص الکتریکی، چنین پاسخی به میدان الکتریکی می‌دهد، اما محققان بر این باورند که کشف آنها می‌تواند کاربردهای عملی زیادی داشته باشد، مثلا در دارورسانی با استفاده از هدایت مولکول‌هایی که دارو را حمل می‌کنند.فلورینی که بیش از همه مورد مطالعه قرار گرفته، C60 است، یک پوسته مولکولی تقریبا کروی که از 60 اتم کربن ساخته شده است. دو سال پیش محققان با استفاده از "جراحی" شیمی آلی، C60 را شکافتند. آنها سپس مولکول آبی را درون C60 قرار دادند، و بعد از بستن محل شکاف، ساختار H2O@C60 را بوجود آورند.
بوکسینگ زو (Baoxing Xu) و زی چِن (Xi Chen) از دانشگاه کلمبیا در نیویورک، با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، ویژگی‌ها و خواص این ساختار را بررسی کردند. شبیه‌سازی آنها، تمام برهم‌کنش‌های بین اتم‌های کربن و سه اتم مولکول آب را در نظر می‌گیرد. محققان، C60 را به عنوان یک ساختار صلب در نظر گرفتند که به علت بار و محموله‌ای که در درونش قرار گرفته دچار اختلال می‌شود. آنها سپسH2O@C60 را در داخل یک نانولوله کربنی به قطر 8.2 نانومتر شبیه‌سازی کردند.
این محققان اجازه دادند تا شبیه‌سازی‌شان تا دمای 300 کلوین پیش رود. آنها سپس دریافتند که مولکول آب در مرکز این قفس قرار می‌گیرد، اما به علت تحریک گرمایی، جهت‌گیری‌اش تاحدی دچار تغییر می شود. آنها سپس یک میدان الکتریکی موازی با نانولوله را در شبیه‌سازی وارد کردند.
مولکول‌های آب از دوقطبی‌های الکتریکی تشکیل شده‌اند: مقدار اضافی بار مثبت به اتم‌های هیدروژن چسبیده است که توسط بار منفی قرار گرفته بر روی اکسیژن خنثی می‌شود. یک میدان الکتریکی که به حجمی از آب نفوذ می‌کند، گشتاوری را بر این مولکول‌ها وارد می‌آورد، در نتیجه مولکول‌ها به جای اینکه در جهت‌های کاملا دلخواه حرکت کنند، در حرکتی به نام Libration به جلو و عقب می‌روند. اما چون مولکول‌های آب از نظر الکتریکی خنثی هستند، در پاسخ به میدان الکتریکی حرکتی از خود نشان نمی‌دهند.
اگرچه مولکول‌های آب، محدود به قفس C60 شده‌اند، اما رفتار کاملا متفاوتی دارند. به جای اینکه تحت تاثیر libration قرار بگیرند، به سرعت در جهت‌گیری مشخصی نسبت به میدان قرار می‌گیرند- هرچه‌قدر میدان قوی‌تر باشد، زاویه بین مولکول آب و میدان کوچکتر خواهد بود. مولکول آب سپس در جهت میدان گسترده می‌شود، مانند یک فرفره کج شده. جهت‌گیری قفس C60 ثابت باقی می‌ماند، اما کل ساختار C60 به همراه H2O دوران‌کننده در داخل‌اش- به داخل یک نانولوله محدودکننده وارد می‌شود، که موازی با میدان است، هرچند ساختار همچنان از لحاظ الکتریکی خنثی باقی می‌ماند. عجیب‌تر اینکه، زمانی که شدت میدان از یک مقدار بحرانی فراتر رود که در حدود 0.065 ولت بر انگستروم است، این حرکت جهت را عوض می‌کند.
نظریه‌پردازان، برای توجیه این رفتار عجیب، بر روی مولکول آب متمرکز شده‌اند. زمانی که میدان الکتریکی اعمال می‌شود، هر حرکت خطی و دورانی اولیه در صفحه عمود بر میدان، به سرعت از بین می‌رود تا زمانی که آب به یک جهت‌گیری ثابتی برسد. زو و چن توضیح می‌دهند که انرژی و تکانه این حرکت‌های اولیه باید جایی برود، و باید با فراهم آوردن ضربه‌ای به تکانه خطی در جهت میدان و دوران در آن جهت خاتمه یابد. در نتیجه، سرعت خطی مولکول‌های آب، زمانی‌که میدان اعمال می‌شود، بستگی به جهت‌گیری آنها دارد. هر چقدر تغییر در جهت‌گیری آب نسبت به میدان بیشتر باشد، انرژی بیشتری به تکانه خطی تبدیل می‌شود.
زو درباره تغییر جهت زمانی که میدان قوی‌تر می شود، می‌گوید تعامل و برهم‌کنش بین مولکول‌های آب و قفس فلورین در حضور میدان الکتریکی مساله پیچیده‌ای است که آنها هنوز در تلاش برای فهم آن هستند. او می‌گوید چیزی که مهم است این است که H2O@C60، برخلاف فلورین معمولی، پلاریته‌ای دارد که تاحدی اجازه می‌دهد این ترکیب توسط یک میدان الکتریکی هدایت شود، و در نتیجه کاربردهای نانویی خارق‌العاده‌ای را فراهم آورد.
-دیوید لیندلی (David lindley)
دیوید لیندلی نویسنده مستقل در الکساندریا، ویرجینیا و همچنین نویسنده Uncertainty: Einstein, Heisenberg, Bohr and the Struggle for the Soul of science است.
نویسنده خبر: سیده اسما حسینی
آمار بازدید: ۳۴۸
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»
Server:
Iran (45.82.138.40)
