يتطلب تتبع الكتلة عبر البيئات القاسية جزيئات بديلة تتحمل الحدث وتتحمل حتى أخذ العينات. وقد أبلغ العلماء سابقًا عن إمكانية بقاء أجهزة تتبع الجسيمات القوية أثناء الانفجارات.
في دراسة جديدة بواسطة المختبر الوطني شمال غرب المحيط الهادئ (PNNL)، ابتكر العلماء جزيئات تتبع قوية يمكنها البقاء والازدهار في الظروف القاسية.
تُستخدم الأصباغ الفلورية والمواد العضوية الأخرى بشكل متكرر كأدوات تعقب في الأبحاث البيولوجية لتحديد مواقع الخلايا واكتشاف تسربات المياه. إنها تؤدي أداءً رائعًا في ظروف معينة، لكنها أقل فعالية في تعقب المواد أثناء الانفجارات. مشكلتهم هي: أنهم يحترقون.
في هذه الدراسة، بدلًا من استخدام المواد العضوية، ركز العلماء على المواد غير العضوية لتطوير أدوات التتبع القوية الخاصة بها، خصوصًا النقاط الكمومية.
وقالت زميلتها الباحثة في PNNL أبريل كارمان: "على الرغم من أنها كانت أفضل بكثير من المواد العضوية في الظروف القاسية، إلا أن فريق البحث لا يزال بحاجة إلى حماية النقاط الكمومية من الظروف القاسية للانفجار الكيميائي."
"لقد ثبت أن العثور على طريقة لحماية أداة التتبع مع الحفاظ على شدة الإنارة أمر صعب."
تؤثر البيئة المحلية بشكل كبير على سطوع جهاز التتبع - أو شدة الإنارة. يمكن لبعض التدابير الوقائية أن تقلل من السطوع، مما يجعل العثور على أداة التتبع أكثر صعوبة. ومن ثم، قرر العلماء استخدام السيليكا المائية - "الزجاج المشبع بالماء" لحماية النقاط الكمومية والحفاظ على سطوعها.
كانت أدوات التتبع المطلية التي أنشأها فريق PNNL مضيئة تقريبًا مثل النقاط الكمومية الأصلية، على الرغم من أن تقنيات طلاء السيليكا السابقة قللت بشكل كبير من سطوع التتبع. وكشف اختبار إضافي أن الجسيمات يمكن أن تتحمل مستويات مختلفة من الرقم الهيدروجيني لفترات طويلة.
قال هوبارد ، "كنا نعلم أننا أنشأنا شيئًا مميزًا عندما رأينا نتائجنا."
ومن حسن حظ فريق PNNL، أن طريقة التوليف الخاصة بهم صُممت لتكون قابلة للتطوير بشكل كامل لإنتاج كميات ضخمة - من الكيلوجرامات إلى الأطنان المحتملة يوميًا.
قال زميله الباحث في PNNL مايكل فوكس، "لا يمكنهم صنع كميات كبيرة من مادة التتبع فحسب، بل يمكنهم أيضًا تخصيصها. "يمكننا ضبط حجم ولون أداة التتبع وفقًا لأي خصوصية. يمكن ضبط جهاز التتبع بدقة لإنشاء محاكاة للكتلة أو المادة التي يتم تتبعها. يمكننا أيضًا استخدام مجموعة متنوعة من الأحجام بألوان مختلفة لتصور كيفية تأثير الانفجار على جزيئات ذات أحجام مختلفة.
العلماء وأشار, "إن أجهزة التتبع قوية بما يكفي لنشرها في بيئات قاسية لتتبع الكتلة وتحسين فهم العلماء للمصير البيئي والانتقال. ويمكن أن تعمل في ظل ظروف شديدة القسوة بالنسبة لأجهزة التتبع التقليدية، كما هو الحال في مصافي النفط والغاز أو محطات الطاقة الحرارية الأرضية. وبفضل المعلمات القابلة للضبط والنظام سهل الاستخدام، تتمتع أجهزة التتبع هذه بالعديد من التطبيقات المحتملة لتتبع مصير المواد ونقلها في البيئات القاسية.
وقال كارمان "يسعدنا أننا نستطيع الاستمرار في متابعة هذا المشروع على الرغم من الشكوك الأولية. ويسعدنا أيضًا أن نرى إلى أين يقودنا ذلك بعد ذلك.
المرجع مجلة:
- هوبارد، L.، ريد، C.، أوهناك، N. وآخرون. كتل السيليكا الدقيقة المضيئة، والتوليف، والاختبارات البيئية. اتصالات MRS 12 ، 119-123 (2022). DOI: 10.1557/s43579-022-00150-3
