การติดตามมวลผ่านสภาพแวดล้อมที่รุนแรงต้องใช้อนุภาคตัวแทนที่ทนทานต่อเหตุการณ์และทนทานจนกระทั่งสุ่มตัวอย่าง ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ได้รายงานเกี่ยวกับความอยู่รอดของตัวติดตามอนุภาคที่ทนทานระหว่างการระเบิด
ในการศึกษาใหม่โดย ห้องปฏิบัติการแห่งชาติแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือ (PNNL) นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างอนุภาคตามรอยขรุขระที่สามารถอยู่รอดและเจริญเติบโตได้ในสภาวะที่รุนแรง
สีย้อมฟลูออเรสเซนต์และวัสดุอินทรีย์อื่นๆ มักถูกใช้เป็นตัวติดตามในการวิจัยทางชีววิทยาเพื่อค้นหาเซลล์และตรวจจับการรั่วไหลของน้ำ พวกมันทำงานได้น่าชื่นชมในบางสถานการณ์ แต่พวกมันมีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการติดตามวัตถุในการระเบิด ปัญหาของพวกเขาคือ: พวกมันไหม้
ในการศึกษานี้ แทนที่จะใช้วัสดุอินทรีย์ นักวิทยาศาสตร์มุ่งเน้นไปที่วัสดุอนินทรีย์เพื่อพัฒนาตัวติดตามที่ทนทาน โดยเฉพาะ จุดควอนตัม.
April Carman นักวิจัยของ PNNL กล่าวว่า “แม้ว่าพวกมันจะทำงานได้ดีกว่าวัสดุอินทรีย์ในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย แต่ทีมวิจัยยังคงจำเป็นต้องปกป้องจุดควอนตัมจากสภาวะที่รุนแรงของการระเบิดทางเคมี”
“การหาวิธีปกป้องตัวตามรอยโดยที่ยังคงรักษาความเข้มของแสงเรืองแสงไว้นั้นเป็นเรื่องยาก”
สภาพแวดล้อมในท้องถิ่นส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความสว่างของตัวติดตาม—หรือความเข้มของแสงเรืองแสง มาตรการป้องกันบางอย่างสามารถลดความสว่างได้ ทำให้การค้นหาตัวตามรอยยากขึ้น ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงตัดสินใจใช้ซิลิกาไฮเดรต “โดยพื้นฐานแล้วคือแก้วที่แช่น้ำ” เพื่อปกป้องจุดควอนตัมและรักษาความสว่างไว้
ตัวติดตามที่เคลือบที่สร้างขึ้นโดยทีมงาน PNNL นั้นเกือบจะส่องสว่างเท่ากับจุดควอนตัมดั้งเดิม แม้ว่าเทคนิคการเคลือบซิลิกาก่อนหน้านี้จะลดความสว่างของตัวติดตามลงอย่างมากก็ตาม การทดสอบเพิ่มเติมพบว่าอนุภาคสามารถทนต่อระดับ pH ต่างๆ ได้เป็นระยะเวลานาน
ฮับบาร์ดกล่าวว่า “เรารู้ว่าเราสร้างสรรค์สิ่งที่พิเศษเมื่อเราเห็นผลของเรา”
โชคดีสำหรับทีม PNNL วิธีการสังเคราะห์ของพวกเขาได้รับการออกแบบมาให้สามารถปรับขนาดได้อย่างสมบูรณ์เพื่อผลิตปริมาณมวลตั้งแต่กิโลกรัมไปจนถึงตันที่เป็นไปได้ต่อวัน
Michael Foxe นักวิจัยจาก PNNL กล่าวว่า “ไม่เพียงแต่พวกเขาสามารถสร้างร่องรอยจำนวนมากเท่านั้น แต่ยังสามารถปรับแต่งพวกมันได้อีกด้วย “เราสามารถปรับแต่งขนาดและสีของตัวติดตามให้มีความเฉพาะเจาะจงได้ ตัวติดตามสามารถปรับแต่งได้อย่างละเอียดเพื่อสร้างเลียนแบบมวลหรือวัสดุที่กำลังติดตาม นอกจากนี้เรายังสามารถใช้ขนาดต่างๆ และสีต่างๆ เพื่อให้เห็นภาพว่าการระเบิดส่งผลต่ออนุภาคขนาดต่างๆ กันอย่างไร"
นักวิทยาศาสตร์ เด่น, “ตัวตามรอยมีความทนทานเพียงพอที่จะใช้งานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเพื่อติดตามมวลและปรับปรุงความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับชะตากรรมของสิ่งแวดล้อมและการคมนาคมขนส่ง พวกมันสามารถทำงานได้ภายใต้สภาวะที่รุนแรงเกินไปสำหรับตัวตามรอยแบบดั้งเดิม เช่น ในโรงกลั่นน้ำมันและก๊าซ หรือโรงงานความร้อนใต้พิภพ ด้วยพารามิเตอร์ที่ปรับได้และระบบที่ใช้งานง่าย เครื่องติดตามเหล่านี้มีการใช้งานที่เป็นไปได้มากมายสำหรับการติดตามชะตากรรมของวัสดุและการขนส่งในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง”
คาร์แมนกล่าวว่า “เราดีใจที่สามารถดำเนินโครงการนี้ต่อไปได้แม้จะมีข้อสงสัยในตอนแรกก็ตาม นอกจากนี้เรายังรู้สึกตื่นเต้นที่ได้เห็นว่ามันจะนำเราไปสู่จุดใดต่อไป”
การอ้างอิงวารสาร:
- Hubbard, L., Reed, C., Uhnak, N. และคณะ ไมโครแอกโกลเมอเรตของซิลิกาเรืองแสง การสังเคราะห์ และการทดสอบด้านสิ่งแวดล้อม MRS Communications 12, 119–123 (2022). ดอย: 10.1557/s43579-022-00150-3
