Geleneksel test tekniklerini kullanarak, canlı organizmalar ve doğal malzemelerdeki nano plastikler, hava kirleticiler ve mikroplar gibi zararlı kontaminantları tespit etmek zor olabilir, bazen de imkansızdır. Bu kontaminantlar bazen o kadar küçük miktarlarda bulunur ki testler bunları güvenilir bir şekilde tespit edemez.
İşte bu yakında değişebilir. Geliştirilen yeni nanoteknoloji (ışığın “bükülmüş” durumuna dayalı), hava, sıvı ve canlı doku örneklerindeki safsızlıkların kimyasal bileşimini ve geometrik şekillerini tanımlamayı kolaylaştırmayı vaat ediyor.
Bath Üniversitesinden fizikçilerin öncülük ettiği uluslararası bir bilim insanı ekibi, bu teknolojiye katkıda bulunuyor. Bu teknoloji, yeni çevre izleme yöntemlerine ve gelişmiş ilaçlara yol açabilir. Ekibin çalışması, Advanced Materials dergisinde yayınlandı.
Gelişmekte olan kimyasal-algılama tekniği, Raman etkisi olarak bilinen ışık-madde etkileşimine dayanıyor. Raman etkisi, belirli bir renkte ışıkla aydınlatılan bir maddenin ışığı saçması ve ışığı çok sayıda biraz farklı renge dönüştürmesiyle meydana gelir. Esasında, materyallerdeki atomların titreşimlerine bağlı olarak mini bir gökkuşağı üretir.
Raman gökkuşağının renklerinin ölçülmesi, moleküler bağların farklı titreşim modellerine sahip olması nedeniyle tek tek atomik bağları ortaya çıkarır. Bir malzeme içindeki her bağ, aydınlatmanın renginden kendine özgü bir renk değişimi üretir. Raman gökkuşağındaki renkler, çevresel kirleticilerin karışımlarında bulunanlar gibi karmaşık moleküllerin kimyasal bileşimini (kimyasal bağları) tespit etmeye, analiz etmeye ve izlemeye yarar.
Çalışmanın başyazarı Bath Fizik Bölümü’nden Dr. Robin Jones, “Raman etkisi, pestisitleri, farmasötik ürünleri, antibiyotikleri, ağır metalleri, patojenleri ve bakterileri algılamak için kullanılır. Ayrıca insan sağlığını ve iklimi etkileyen bireysel atmosferik aerosolları analiz etmek için de kullanılır.” dedi.
Zararlı Kirleticiler
Çalışmanın ortak yazarı olan Çin Fudan Üniversitesi Çevre Bilimleri Bölümü’nden Profesör Liwu Zhang da ekledi: “Akuatik kirleticiler, iz miktarlarda bile biyolojik zincir yoluyla canlı organizmalarda birikebilir. Bu, insan sağlığına, hayvan refahına ve vahşi yaşama tehdit oluşturur. Genellikle, karmaşık karışımların kimyasal bileşiminin tam olarak ne olduğunu bilmek gerçekten zordur.”
Çalışmayı yöneten Bath’dan Profesör Ventsislav Valev şunları ekledi: “Çevredeki karmaşık, potansiyel olarak zararlı kirleticileri anlamak gereklidir, böylece onları zararsız bileşenlere nasıl ayıracağımızı öğrenebiliriz. Ancak her şey hangi atomlardan oluştuklarıyla ilgili değil. Atomların düzenlenme şekli de çok önemlidir; özellikle canlı organizmalarda moleküllerin nasıl hareket ettiği konusunda belirleyici olabilir.
“Çalışmalarımız, Raman etkisinin bize atomların uzayda nasıl düzenlendiğini anlatabileceği yeni yollar geliştirmeyi amaçlıyor ve şimdi altından yapılmış küçük heliks şeklindeki antenleri kullanarak önemli bir teknolojik adım attık.”
Raman etkisi çok zayıftır – sadece 1.000.000 fotondan (ışık parçacığı) biri renk değişimine uğrar. Bu etkiyi arttırmak için bilim insanları, gelen ışığı moleküllere yönlendiren nano ölçekte üretilmiş minyatür antenler kullanmaktadır. Genellikle bu antenler değerli metallerden yapılır ve tasarımları nanofabrikasyon yetenekleriyle sınırlıdır.
Bath’daki ekip şimdiye kadar kullanılan en küçük heliks antenleri kullandı. Uzunlukları bir insan saçının kalınlığından 700 kat daha küçük ve genişliği 2.800 kat daha küçük. Bu antenler Almanya’daki Stuttgart Üniversitesinde Profesör Peer Fischer’in ekibindeki bilim insanları tarafından altından yapılmıştır.
Dr. Jones, “Ölçümlerimiz bu heliks antenlerin moleküllerden çok sayıda Raman gökkuşağı fotonu elde etmeye yardımcı olduğunu gösteriyor” dedi. “Ancak daha da önemlisi, heliks şekli, moleküllerin geometrisini araştırmak için sıklıkla kullanılan iki ışık türü arasındaki farkı arttırıyor. Bunlar dairesel polarize ışık olarak bilinir.
“Dairesel polarize ışık sol elli veya sağ elli olabilir ve helikslerimiz temel olarak ışıkla tokalaşabilir. Heliksleri sola ya da sağa bükebildiğimiz için, tasarladığımız ışıkla tokalaşma hem sol hem de sağ elle olabilir.”
“Bu tür el sıkışmalar daha önce de gözlemlenmiş olsa da, buradaki en önemli gelişme, Raman gökkuşağını etkilediği için moleküller tarafından hissedildiğini ilk kez göstermemizdir. Bu, önce laboratuvarda sonra da çevrede sol ve sağ elini kullanan moleküller arasında verimli ve güvenilir bir ayrım yapmamızı sağlayacak önemli bir adımdır.”
Kristal Viyole
Araştırmacılar, ışık ve antenler arasındaki yeni el sıkışmanın moleküllere aktarılabileceğini göstermek için, kendi başlarına ışıkla ‘el sıkışamayan’ moleküllerden -kristal viyole- yararlandılar. Bu moleküller, bağlı oldukları altın nanohelikslerin ‘el sıkışma’ yeteneğini ifade ederek bu işlevi yerine getirebilirmiş gibi davrandılar.
Profesör Valev, “Buradaki çalışmamızın bir diğer önemli yönü de iki endüstriyel ortakla birlikte çalışmış olmamızdır” dedi. “VSParticle, Raman ışığını ölçmek için standart nanomalzemeler üretiyor. Ortak standartlara sahip olmak, dünyanın dört bir yanındaki araştırmacıların sonuçları karşılaştırabilmesi için gerçekten önemli.”
“Endüstriyel ortağımız Renishaw PLC, Raman spektroskopisi ve mikroskopi ekipmanlarında dünya lideri bir üreticidir. Yeni teknolojilerin laboratuarlardan çıkıp gerçek dünyaya, çevresel zorlukların olduğu yerlere taşınabilmesi için bu tür ortaklıklar çok önemlidir.”
Bu çalışmayı temel alan ekip, şimdi Raman teknolojilerinin daha gelişmiş biçimlerini geliştirmek için çalışıyor. [1]New nanotech identifies chemical composition and structure of impurities in air, liquid and living tissue
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
