نانوحفره‌هایی که گرما را احساس می‌کنند!

به گزارش پایگاه خبری صراط به نقل از ایسنا، سایتک دیلی گزارش داد: دانشمندان موسسه "SANKEN" در "دانشگاه اوزاکا" (Osaka University) ژاپن، اثرات حرارتی جریان یونی را از طریق یک نانوحفره و با استفاده از یک "ترموکوپل" (thermocouple) اندازه‌گیری کردند. آن‌ها دریافتند که هم جریان و هم توان گرمایشی تحت اکثر شرایط، با ولتاژ اعمال‌شده تغییر می‌کنند. این پژوهش ممکن است به ابداع حسگر‌های پیشرفته‌تر در مقیاس نانو کمک کند.

نانوحفره‌ها که منافذ بسیار کوچکی در یک غشا هستند، به قدری کوچک هستند که تنها یک رشته DNA یا ذره ویروس می‌تواند از آن‌ها عبور کند. نانوحفره‌ها می‌توانند یک بستر جدید و هیجان‌انگیز برای ساخت حسگر‌ها باشند. اغلب، یک ولتاژ الکتریکی بین دو طرف غشا اعمال می‌شود تا ماده را از طریق نانوحفره بررسی کند. در عین حال، یون‌های باردار در محلول را نیز می‌توان انتقال داد، اما تأثیر آن‌ها بر دما به طور گسترده مورد بررسی قرار نگرفته است. اندازه‌گیری مستقیم اثرات حرارتی ناشی از این یون‌ها می‌تواند به کاربردی‌تر کردن نانوحفره‌ها به عنوان حسگر کمک کند.

دانشمندان دانشگاه اوزاکا، یک ترموکوپل ساخته‌شده از نانوسیم‌های طلا و پلاتین به اندازه ۱۰۰ نانومتر ساخته‌اند که مانند دماسنج عمل می‌کند. آن‌ها از این ترموکوپل برای اندازه‌گیری دما در یک نانوحفره روی یک غشا با ضخامت ۴۰ نانومتر استفاده کردند که روی یک ویفر سیلیکونی قرار داشت.

"گرمایش ژول" (Joule heating)، زمانی رخ می‌دهد که انرژی الکتریکی توسط مقاومت موجود در سیم به گرما تبدیل شود. این اثر در توستر‌ها و اجاق‌های برقی رخ می‌دهد و می‌توان آن را به عنوان پراکندگی غیرالاستیک توسط الکترون‌ها در برخورد با هسته‌های سیم در نظر گرفت. در مورد نانوحفره، دانشمندان دریافتند که انرژی حرارتی متناسب با تکانه جریان یونی تلف می‌شود که مطابق با پیش‌بینی‌های قانون اهم است. "ماکوسو تسوتسوی" (Makusu Tsutsui)، پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: ما رفتاری تقریبا اهمی را در طیف وسیعی از شرایط تجربی نشان دادیم.

با نانوحفره‌های کوچک‌تر، اثر گرمایش بارزتر شد، زیرا مایع کمتری از سمت خنک‌تر غشا می‌توانست برای یکسان کردن دما عبور کند. در نتیجه، گرمایش توانست یک اثر غیر قابل اغماض را به وجود بیاورد؛ مشابه اثری که نانوحفره‌ها تحت شرایط استاندارد تجربه می‌کنند.

"توموجی کاوای" (Tomoji Kawai)، از پژوهشگران این پروژه گفت: ما انتظار داریم که حسگر‌های نانوحفره جدیدی ابداع شوند که نه تنها می‌توانند ویروس‌ها را شناسایی کنند، بلکه می‌توانند آن‌ها را به طور همزمان غیرفعال سازند.

پژوهشگران، موقعیت‌های دیگری را نیز پیشنهاد کردند که گرمایش در آن‌ها می‌تواند سودمند باشد. به عنوان نمونه، برای جلوگیری از مسدود شدن نانوحفره توسط یک پلیمر یا جدا کردن رشته‌های DNA در حال تعیین توالی.