מעקב אחר מסה דרך סביבות קשות דורש חלקיקי פונדקאים העומדים באירוע ומחזיקים מעמד עד לדגימה. מדענים דיווחו בעבר על שרידותם של נותני חלקיקים מוקשחים במהלך פיצוצים.
במחקר חדש של המעבדה הלאומית הצפונית-מערבית של האוקיאנוס השקט (PNNL), מדענים יצרו חלקיקי נותבים קשוחים שיכולים לשרוד ולשגשג בתנאים קיצוניים.
צבעי פלורסנט וחומרים אורגניים אחרים משמשים לעתים קרובות כחומרי מעקב במחקר ביולוגי לאיתור תאים וזיהוי דליפות מים. הם מתפקדים בצורה יוצאת דופן בנסיבות מסוימות, אבל הם פחות יעילים באיתור חומר בפיצוצים. הבעיה שלהם היא: הם נשרפים.
במחקר זה, במקום להשתמש בחומרים אורגניים, מדענים התמקדו בחומרים אנאורגניים כדי לפתח את הנותבים המחוספסים שלהם - במיוחד נקודות קוונטיות.
חוקרת PNNL עמית אפריל כרמן אמרה, "למרות שהם הצליחו הרבה יותר מחומרים אורגניים בתנאים קשים, צוות המחקר עדיין היה צריך להגן על הנקודות הקוונטיות מהתנאים הקיצוניים של פיצוץ כימי."
"מציאת דרך להגן על הנותב תוך שמירה על עוצמת הארה שלו התבררה כקשה."
הסביבה המקומית משפיעה באופן משמעותי על בהירות הנותב - או על עוצמת הארה. כמה אמצעי מניעה יכולים להפחית את הבהירות, מה שהופך את הנותב למאתגר יותר למצוא. לפיכך, מדענים החליטו להשתמש בסיליקה hydrated - "בעצם זכוכית ספוגה במים" כדי להגן על הנקודות הקוונטיות ולשמור על בהירותן.
הנותבים המצופים שנוצרו על ידי צוות PNNL היו זוהרים כמעט כמו הנקודות הקוונטיות המקוריות, למרות שטכניקות ציפוי סיליקה קודמות הפחיתו במידה ניכרת את בהירות הנותב. בדיקות נוספות גילו שהחלקיקים יכולים לסבול רמות pH שונות לתקופות ממושכות.
האברד אמר, "ידענו שיצרנו משהו מיוחד כשראינו את התוצאות שלנו."
למזלם של צוות PNNL, שיטת הסינתזה שלהם תוכננה להיות ניתנת להרחבה כדי לייצר כמויות המוניות - מקילוגרמים ועד טונות פוטנציאליות ליום.
חוקר PNNL עמית מייקל פוקס אמר, "לא רק שהם יכולים לייצר כמויות גדולות מהנותב, אלא שהם יכולים גם להתאים אותם. "אנחנו יכולים לכוון את הגודל והצבע של הנותב לכל פרט. ניתן לכוונן את הנותב עדין כדי ליצור חיקוי של המסה או החומר שעוקבים אחריהם. אנחנו יכולים גם להשתמש במגוון גדלים עם צבעים שונים כדי לדמיין כיצד פיצוץ משפיע על חלקיקים בגדלים שונים".
מדענים ציין, "הנותבים קשיחים מספיק כדי להיפרס בסביבות קשות כדי לעקוב אחר מסה ולשפר את הבנת המדענים לגבי גורל ותחבורה סביבתיים. הם יכולים לתפקד בתנאים קשים מדי עבור נותבים מסורתיים - כמו בבתי זיקוק של נפט וגז או במפעלים גיאותרמיים. עם פרמטרים הניתנים לכוונון ומערכת קלה לשימוש, לנותבים אלה יש יישומים פוטנציאליים רבים למעקב אחר גורל החומר והובלה בסביבות קשות".
כרמן אמר, "אנו שמחים שיכולנו להמשיך בפרויקט הזה למרות הספקנות הראשונית. אנחנו גם נרגשים לראות לאן זה מוביל אותנו בהמשך".
עיון ביומן:
- Hubbard, L., Reed, C., Uhnak, N. et al. מיקרואגלומרטים של סיליקה זוהרים, סינתזה ובדיקות סביבתיות. MRS תקשורת 12, 119–123 (2022). DOI: 10.1557/s43579-022-00150-3
