|
|
 |
Δομημένες διατάξεις
|
|
|
|
|
|
|
Τα νανοσωματίδια αποτελούν προκλητικούς δομικούς λίθους για τους ερευνητές, καθώς μπορούν να εμφανίζουν τις ιδιότητες τόσο των μικροσκοπικών ατόμων όσο και των κατά πολύ ογκωδέστερων συμβατικών υλικών. Γενικά πάντως, συμπεριφέρονται σαν απλές σφαίρες, κάτι που καθιστά δύσκολη τη συναρμολόγησή τους σε στερεές δομές άλλες από αυτές που μοιάζουν με τις στοίβες των πορτοκαλιών στους πάγκους των οπωροπωλείων. Πρόσφατα όμως, οι ερευνητές σημείωσαν σημαντική πρόοδο στη δημιουργία και τη χρήση νανοδομών που, κατά το παρελθόν, αγνοούσαν.
Στις αρχές της φετινής χρονιάς, ο ειδικός στην επιστήμη υλικών Francesco Stellacci και οι συνάδελφοί του στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (ΜΙΤ) αποκάλυψαν μια μέθοδο με την οποία αναγκάζουν τα νανοσωματίδια να συμπεριφέρονται σαν κρίκοι σε μια αλυσίδα, ικανοί να συνδέονται μεταξύ τους σχηματίζοντας δομές όπως το κομπολόι με τις χάντρες του. Η ιδέα στηριζόταν στην αξιοποίηση του αποκαλούμενου θεωρήματος της «τριχωτής σφαίρας» (hairy ball theorem), σύμφωνα με το οποίο, εάν σε κάθε σημείο μιας σφαίρας αναφύονται τρίχες/νημάτια, τότε, σε κάθε προσπάθειά μας να τις πλαγιάσουμε πάνω στη σφαίρα (βουρτσίζοντάς τες), πάντα θα υπάρχουν δύο αντιδιαμετρικά σημεία στα οποία αυτές θα στέκονται όρθιες. (Φανταστείτε ότι ισιώνετε σε μια υδρόγειο τις τρίχες κατά μήκος των παράλληλων κύκλων· στο τέλος, οι τρίχες στους πόλους θα προεξέχουν.)
Οι ερευνητές κάλυψαν νανοσωματίδια χρυσού με ένα μείγμα δύο ειδών μοριακών τριχών/νηματίων. Τα σημεία στα οποία προβλεπόταν ότι τα νημάτια θα έστεκαν όρθια λειτούργησαν ουσιαστικά ως ασταθείς ατέλειες των επιφανειών των νανοσωματιδίων, καθιστώντας εύκολη την αντικατάστασή τους. Ο Stellacci και οι συνάδελφοί του αντικατέστησαν αυτές τις προεξέχουσες «τρίχες» με χημικές ουσίες οι οποίες συμπεριφέρονταν σαν λαβές, επιτρέποντας στα νανοσωματίδια να συγκρατούνται μεταξύ τους.
«Η εν λόγω τεχνική καθιστά τα νανοσωματίδια ανάλογα με τα άτομα ―συγκεκριμένα, τα δισθενή άτομα, που σχηματίζουν δύο απλούς χημικούς δεσμούς. Μπορούμε τώρα, χρησιμοποιώντας τα νανοσωματίδια, να κατασκευάσουμε πραγματικά ενδιαφέρουσες δομές, με τον τρόπο που κατασκευάζουμε μόρια χρησιμοποιώντας άτομα», δηλώνει ο Yi Cui, ειδικός στην επιστήμη υλικών στο Πανεπιστήμιο Stanford. Ο Stellacci τονίζει ότι η ομάδα του αναζητεί τρόπους δημιουργίας νανοσωματιδίων με δυνατότητα σχηματισμού τεσσάρων απλών δεσμών έκαστο.
Οι νανοδομές αυτές θα ήταν δυνατόν να συνδεθούν με νανοσύρματα, έτσι ώστε να κατασκευαστούν προηγμένα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Οι ερευνητές μπορούν να κατασκευάσουν νανοσύρματα, είτε αναπτύσσοντάς τα (προσέγγιση «από κάτω προς τα πάνω») είτε λαξεύοντάς τα (προσέγγιση «από πάνω προς τα κάτω» ―όπως παράγουμε οδοντογλυφίδες από ένα κομμάτι ακατέργαστου ξύλου). Οι προσεγγίσεις «από κάτω προς τα πάνω» αντιμετωπίζουν την πρόκληση της ενσωμάτωσης κάθε μικροσκοπικού, εύκαμπτου και συχνά τυχαία διασκορπισμένου νηματίου, ενώ οι μέθοδοι «από πάνω προς τα κάτω», οι οποίες περιλαμβάνουν πιο παραδοσιακές βιομηχανικές τεχνικές, «λειτουργούν σαν σιδηροπρίονο, αφήνοντας πίσω τους νανοσύρματα με τραχιά επιφάνεια και κατώτερες ηλεκτρικές ιδιότητες», όπως εξηγεί ο Eric Stern, μηχανικός βιοϊατρικής τεχνολογίας του Πανεπιστημίου Yale.
Πρόσφατα, ερευνητές τού Yale παρουσίασαν μια μέθοδο εγχάραξης η οποία δημιουργεί υψηλής ποιότητας νανοσύρματα με λείες επιφάνειες. Το τέχνασμά τους έγκειται στη χρήση του άλατος του αμμωνίου ΤΜΑΗ (τετραμεθυλιούχο υδροξείδιο αμμωνίου), με το οποίο μπορούμε να εγχαράξουμε το πυρίτιο πιο αργά και πιο ομαλά σε σχέση με τους άλλους διαλύτες που έχουν χρησιμοποιηθεί έως τώρα. Ο Tarek Fahmy, μηχανικός βιοϊατρικής τεχνολογίας τού Yale, προσθέτει ότι η τεχνική είναι άμεσα συμβιβαστή με τις τυπικές βιομηχανικές διαδικασίες επεξεργασίας ημιαγωγών, κάτι το οποίο βο-ηθά στην ενσωμάτωση των νανοσυρμάτων σε ηλεκτρονικά κυκλώματα.
Τα νανοσύρματα αυτά αποδείχθηκαν εξαιρετικά ευαίσθητα στο περιβάλλον τους, με το ηλεκτρικό δυναμικό να μεταβάλλεται όταν έρχονται σε επαφή με μόρια. Έτσι, μπορούν εντός 10 περίπου δευτερολέπτων να ανιχνεύουν την ανοσοαπόκριση των λεμφοκυττάρων Τ σε μια ξένη ουσία, λόγω της ευαισθησίας τους στο οξύ που απελευθερώνεται από τα κύτταρα. Για να ολοκληρωθεί μέσω των συμβατικών διαγνωστικών τεχνικών μια τέτοια ανίχνευση, απαιτούνται συνήθως αρκετά λεπτά, αν όχι ώρες. Οι ερευνητές έδειξαν επίσης ότι νανοσύρματα, συνδεδεμένα με αντισώματα, μπορούν να ανιχνεύσουν μέχρι και 60 σχετιζόμενα με τον καρκίνο μόρια ανά κυβικό χιλιοστόμετρο, επίδοση εφάμιλλη με εκείνη των τεχνολογικά πιο προηγμένων αισθητήρων.
«Θα έρθει κάποτε ο καιρός όπου η διάγνωση θα γίνεται ακριβώς στον τόπο περίθαλψης των ασθενών ―στη μονάδα εντατικής θεραπείας, στο γραφείο ή και στο πεδίο της μάχης― με συσκευές βασισμένες σε αυτά τα νανοσύρματα», αναφέρει ο Jonathan Schneck, ανοσολόγος στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins, και συμπληρώνει: «Η συγκεκριμένη τεχνολογία αποτελεί, ως προς την ταχύτητα απόκρισης, ένα πολύ πιο ισχυρό εργαλείο απ’ όσα έχω δει να κυκλοφορούν μέχρι τώρα.»
|
|
|
|
|
|
