مهندسی شیمی-موازنه مواد و انرژی

پترونت : محققان دانشگاه رايس و موسسات ديگر تحقيقات پزشكي در تگزاس به‌همراه همكارانشان در كلرادو، ايتاليا و سوئيس راهي براي به‌دام انداختن عوامل وضوح تصوير درون ذرات سيليكون يافته‌اند؛ بدين ترتيب كارايي اين عوامل در تصويربرداري MRI 50 برابر افزايش مي‌يابد.

لون ويلسون، استاد شيمي دانشگاه رايس و يكي از نويسندگان اصلي مقاله‌اي كه در اين زمينه چاپ شده است، مي‌گويد: «بهتر كردن MRI مسأله كوچكي نيست. اين روش اگر نگوييم قدرتمندترين، اما قطعاً يكي از بهترين ابزارهاي تصويربرداري پزشكي است. تصويربرداري MRI مخرب نبوده، تابش‌هاي مضري نداشته و تفكيك‌پذيري آن بسيار بالاست. با اين حال حساسيت اين روش پايين است. بنابراين هر چيزي كه بتواند عملكرد آن را بهبود بخشيده و حساسيت آن را افزايش دهد، بسيار مهم خواهد بود و اين دقيقاً كاري است كه ما انجام داده‌ايم».  
در اين مطالعه از يك برش نانومتري از سيليكون به شكل ديسك هاكي به‌عنوان ابزار رسانش عوامل وضوح تصوير استفاده شده است. در اين صفحات كه ميكروذرات سيليكون يا SiMPs ناميده مي‌شوند، حفراتي وجود دارند كه طول و عرض آنها به ندرت به مقياس نانومتر مي‌رسد.

سه نوع عامل وضوح تصوير به درون اين حفرات كشيده شدند. يكي از آنها Magnevist بود كه يك عامل وضوح تصوير معمول است؛ دو تاي ديگر گادوفولرين و گادونانولوله بودند كه محققان آزمايشگاه ويلسون در زمينه توليد و كار با آنها پيشتاز هستند. در هر دوي اين عوامل عنصر سمي گادولينيوم به‌صورت شيميايي به‌دام افتاده است تا تزريق آن به‌درون بدن بي‌خطر باشد.

در MRI اتم‌هاي هيدروژن در آب دستكاري مي‌شوند تا با ميدان مغناطيسي اعمال شده توسط دستگاه برهمكنش نموده و با آن همسو شوند. سپس اجازه داده مي‌شود اين اتم‌هاي هيدروژن به حالت مغناطيسي اوليه خود بازگردند كه به اين فرايند استراحت يا relaxation مي‌گويند. در حضور عنصر گادولينيوم كه پارامغناطيس است، زمان استراحت كوتاه‌تر شده و اين نواحي نسبت به پس‌زمينه خود روشن‌تر مي‌شوند.

ميكروذرات سيليكون كوچك بوده و حدود يك ميكرومتر عرض دارند، اما زماني كه مولكول‌هاي آب و خوشه‌هايي از نانولوله‌هاي حاوي گادولينيوم را به دام مي اندازند، روشنايي پروتون‌ها در تصويربرداري MRI افزايش بسيار زيادي مي‌يابد. چون تجزيه SiMPs به اسيد سيليسيك كه بي‌خطر است، حدود 24 ساعت طول مي‌كشد، زمان زيادي براي تصويربرداري از مولكول‌ها وجود دارد.

جزئيات اين تحقيق به صورت آنلاين در مجله Nature Nanotechnology منتشر شده است.

پترونت : ساخت فيلم‌هاي نازك با ضخامت يك مولكول با روش جذب لايه‌ي اتمي يكي از مراحل كليدي در فرايند توليد نانوادوات است. پژوهشگران دانشگاه كرنل ابزاري ساخته‌اند كه مي‌تواند خواص فيزيكي اين فيلم‌ها را اندازه‌گيري كند. اين ابزار يك تيرك نوساني است كه با اعمال فيلم نازك روي آن، دچار تغييرات نوساني مي‌شود كه با محاسبه‌ي اين تغييرات مي‌توان خواص فيزيكي فيلم نازك را اندازه‌گيري كرد.

اهميت استفاده از فيلم‌هاي نازك در ساخت ميكرومدارات در حال افزايش است. خواص فيزيكي اين مواد تعيين‌كننده‌ي رفتار الكترونيكي و مقاومت در برابر خستگي است.

پژوهشگران نشان دادند كه مي‌توان با استفاده از يك تيرك نوسان‌كننده‌ي دانسيته‌ي فيلم، مدول يانگ و مقاومت در برابر خمش را اندازه‌گيري كرد. اين تيرك يك ميله‌ي سيليكوني است كه انتهاي آن به يك تيرك بزرگ‌تر چسبيده و چيزي شبيه تخته‌ي شيرجه‌ي استخر را ايجاد كرده‌است .  
محققان معتقدند كه روش ابداعي آنها نسبت به روش‌هاي رايج براي توصيف مشخصات فيلم‌هاي نازك از مزاياي بسياري برخوردار است.

دانشمندان دانشگاه كرنل پيش از اين از ديرك‌هاي نوساني بسيار كوچك با دامنه‌ي نوسان چند نانومتر، توانسته بودند كه وزن اجسام بسيار كوچك در حد ويروس را اندازه‌گيري كنند. با افزوده شدن يك جسم به اين تيرك، همانند سيم‌هاي گيتار، فركانس نوسان در آن تغيير مي‌كند. پس از پوشاندن اين تيرك با يك فيلم نازك، مي‌توان جرم آن را به دست آورد. با داشتن ضخامت و جرم فيلم، مي‌توان دانسيته‌ي آن را محاسبه كرد.

اين فيلم موجب تغيير مقاومت تيرك در برابر خم شدن مي‌شود. براي بررسي اين ويژگي دانشمندان از مقايسه‌ي نوسانات به‌صورت كنار هم يا روي هم استفاده كردند. زماني كه تيرك نوساني عريض و نازك باشد، مقاومت در برابر خمش آن در جهت‌هاي مختلف متفاوت خواهد بود. زماني كه سطح مقطع تيرك دايره‌اي باشد، تفاوتي ميان حركت بصورت جانبي يا بالا به پايين وجود نخواهد داشت.

براي انجام اين تست، محققان تيرك‌هايي با ابعاد مختلف ساختند. طول‌ آنها از 6 تا 10 ميكرون، ضخامت‌ 45 نانومتر، عرضي بين 45 نانومتر تا 1 ميكرون داشتند. در آزمايش‌هاي مختلف، آنها فيلم‌هاي نازكي از جنس آلومينيوم، نيتريد آلومينيوم و هافنيوم به ضخامت‌هاي 21.2 تا 21.5 نانومتر روي سطح ديرك نشست دادند. با استفاده از يك ليزر سطح تيرك گرم و موجب نوسان روي آن مي‌شود و ليزر ديگري مقدار نوسان را اندازه‌گيري مي‌كند. هر تيرك، متناسب با ابعاد و خواص مكانيكي خود، داراي فركانس نوسان خواص خود است. با مقايسه‌ي اين نوسانات مي‌توان دانسيته و مدول يانگ را براي هر فيلم اندازه‌گيري كرد.