معجزات النانو الذهبية: إطلاق العنان للقوة البصرية والإلكترونية

الوصف

تُظهر جسيمات الذهب سلوكيات خاصة عندما يسلط الضوء عليها وتوصيل الكهرباء بشكل جيد للغاية. الخصائص الضوئية والإلكترونية لهذه الجسيمات تجعلها مفيدة في مختلف الصناعات، من تصوير السرطان إلى الإلكترونيات المرنة والتفاعلات الكيميائية.

الخصائص البصرية لجسيمات الذهب النانوية

تشتهر جسيمات الذهب النانوية بكيفية تفاعلها مع الضوء. ويسبب صغر حجمها ظاهرة تسمى رنين البلازمون السطحي. وهذا يعني أن الضوء يجعل الإلكترونات في هذه الجسيمات تهتز معًا. ويتغير لون الضوء وامتصاصه عندما تكون الجسيمات أصغر أو أكبر. على سبيل المثال، يمكن أن تظهر جسيمات الذهب الصغيرة باللون الأحمر الياقوتي تحت إضاءة معينة.

تُظهر الجسيمات سلوكاً بصرياً قابلاً للضبط. ويمكنها تشتيت الضوء وحتى إنتاج التألق. ويمكن أن يختلف لونها اعتمادًا على حجم الجسيمات. التشتت مهم للتصوير. يمكن أن يساعد التألق في وضع العلامات على الخلايا وتتبعها.

شكل الجسيمات مهم للغاية. تغير القضبان مقابل الكرات كيفية تحريكها للضوء. يلعب الوسط المحيط دورًا أيضًا. حيث يمكن للسائل أو المادة الصلبة حول الجسيمات أن تغير امتصاص الضوء. تُظهر العديد من التجارب أنه إذا كانت الجسيمات في الماء أو الزيت، فإنها تغير بصمتها البصرية. وهذا يجعلها مفيدة جداً لأجهزة الاستشعار وأدوات التصوير.

الخصائص الإلكترونية لجسيمات الذهب النانوية

على المستوى النانوي، لا يفشل الذهب أبدًا في إثارة الإعجاب. تتمتع جسيمات الذهب النانوية بتوصيلية كهربائية عالية جدًا. وهذا يعني أنها تسمح للإلكترونات بالتحرك بسهولة. وهي تعمل بشكل جيد حتى عندما تكون المادة صغيرة جداً.

تتوافق الجسيمات مع الركائز المرنة. فهي تعمل بشكل جيد على الأغشية البلاستيكية والمواد الأخرى القابلة للانحناء. وهذا أمر بالغ الأهمية للإلكترونيات المطبوعة أو المرنة. وجد الباحثون أنه يمكن كتابة جسيمات الذهب النانوية كأحبار موصلة. هناك طلب على الموصلات منخفضة المقاومة في الأجهزة القابلة للارتداء والأدوات الإلكترونية اليوم.

تفتح القدرة على طباعة هذه الموصلات الصغيرة أبوابًا جديدة لطرق إنتاج منخفضة التكلفة. تساعد هذه الجسيمات النانوية في بناء دوائر وأجزاء صغيرة جدًا قد تكون صغيرة جدًا بالنسبة للأسلاك التقليدية.

التطبيقات القائمة على الخصائص البصرية

حوّلتها الخصائص البصرية لجسيمات الذهب النانوية إلى أداة مفيدة في العديد من المجالات. ففي تصوير السرطان وتشخيصه، تساعد هذه الجسيمات الأطباء على رؤية الأورام بشكل أوضح. فهي تلتصق بالخلايا السرطانية وتضيء عند إصابتها بالليزر. وهذا يعطي صورة واضحة للفرق الطبية.

وقد درسها الباحثون أيضًا في الكشف عن الأمراض القائمة على التنفس. يمكن أن يحتوي نفس المريض على تغيرات صغيرة تلتقطها جزيئات الذهب النانوية. هذه الطريقة أقل توغلاً وقد تسمح بالكشف المبكر.

الاستشعار الحيوي لسلامة الأغذية هو مجال آخر. يمكن أن تلتقط جسيمات الذهب النانوية في أجهزة الاستشعار الحيوية البكتيريا أو السموم في الطعام. ويمكن أن يشير تغير بسيط في اللون إلى أن الطعام غير آمن.

يستخدم العلاج الديناميكي الضوئي المستهدف الضوء لتنشيط الجسيمات. وبمجرد تنشيطها، فإنها تنتج تفاعلاً يمكنه قتل الخلايا المرضية. تساعد هذه الطريقة في إصابة أهداف محددة دون الإضرار بالأنسجة السليمة.

اقرأ المزيد: علاج سرطان الثدي بجزيئات الذهب النانوية

التطبيقات القائمة على الخصائص الإلكترونية

تتمتع الموصلية الإلكترونية الممتازة لجسيمات الذهب النانوية بالعديد من الاستخدامات العملية. تستفيد الإلكترونيات المرنة والمطبوعة بشكل كبير من هذه الجسيمات. فهي تُستخدم لإنشاء دوائر يمكن أن تنحني دون أن تنكسر.

وتعتبر الوصلات البينية النانوية مجالاً آخر تتألق فيه هذه الجسيمات. حيث يمكن استخدامها كأسلاك صغيرة لربط أجزاء مختلفة من الدائرة. وتسهل الأحبار الموصلة القائمة على جسيمات الذهب النانوية طباعة الأجزاء الإلكترونية على ركائز مختلفة.

وفي مجال توصيل الأدوية وأنظمة الإطلاق المتحكم بها، تعمل الجسيمات كناقلات صغيرة جدًا. ويمكن في بعض الأحيان تسخير موصلية هذه الجسيمات الممتازة لتحفيز إطلاق الأدوية. وهذا موضوع واعد للأبحاث الطبية التي تهدف إلى علاجات دقيقة ومضبوطة.

التطبيقات التحفيزية

تعمل جسيمات الذهب النانوية أيضًا كمحفزات في التفاعلات الكيميائية. وتعمل مساحة سطحها العالية وتفاعليتها على تسريع العديد من العمليات. وفي العديد من الحالات، يمكن لكمية صغيرة من هذه الجسيمات أن تعزز معدلات التفاعل بشكل كبير.

وتُستخدم هذه الجسيمات في عمليات مثل تفاعلات الأكسدة والعديد من التوليفات الكيميائية الأخرى. ونظرًا لحجمها، فإنها توفر مواقع أكثر نشاطًا للمواد المتفاعلة أكثر من الذهب السائب. وهذا يؤدي إلى كفاءة أفضل ويقلل التكلفة في بعض خطوات التصنيع الكيميائي.

ولا تعني التفاعلية العالية أنها غير مستقرة. فقد أظهر الباحثون أن الجسيمات تعمل بشكل جيد في بيئات مختلفة. ويمكن استخدامها في تفاعلات المرحلة الغازية أو في السوائل، حسب الحاجة. ويفتح دورها التحفيزي الأبواب أمام العديد من العمليات الصناعية.

جدول ملخص: تطبيقات جسيمات الذهب النانوية

الخاتمة

تُظهر جسيمات الذهب النانوية مزيجًا من القدرات البصرية والإلكترونية المثيرة للإعجاب. وتمنحها قدرتها على التفاعل مع الضوء وظيفة في التصوير والاستشعار والعلاجات الموجهة. وفي الوقت نفسه، فإن قدرتها العالية على التوصيل الكهربائي تجعلها أساسية للدوائر المرنة والأسلاك النانوية. كما يضيف دورها الإضافي كمحفزات قيمة إضافية. وإجمالاً، تعد هذه العجائب الصغيرة جداً واعدة جداً في الطب والإلكترونيات والصناعة. لمزيد من معجزات النانو، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

الأسئلة المتداولة

س: كيف تساعد جسيمات الذهب النانوية في تصوير السرطان؟
س: تلتصق بالخلايا السرطانية وتضيء تحت ضوء الليزر، مما يعطي صوراً واضحة لمواقع الورم.

و: كيف يعمل العلاج الضوئي الديناميكي باستخدام جسيمات الذهب النانوية؟
س: ينشّط الضوء الجسيمات النانوية لإنتاج أنواع تفاعلية تستهدف الخلايا غير الطبيعية وتقتلها.

س: لماذا تُستخدم جسيمات الذهب النانوية في الإلكترونيات المرنة؟
س: توفر توصيلًا كهربائيًا عاليًا ويمكن دمجها في دوائر قابلة للانحناء ومطبوعة ومنخفضة المقاومة.

المرجع:

1. Ali, M. E., Mustafa, S., Hashim, U., Che Man, Y. B., & Foo, K. L. (2012). المجس النانوي لتحديد غش لحم الخنزير في تركيبات البرجر. Journal of Nanomaterials, 2012, 2012, 1-7. https ://doi.org/10.1155/2012/832387

2. Brown, S. D., Nativo, P., Smith, J., Stirling, D., Edwards, P. R., Venugopal, B., Flint, D. J., Plumb, J. A., Graham, D., & Wheate, N. J. (2010). جسيمات الذهب النانوية لتحسين توصيل الدواء المضاد للسرطان للمكون النشط للأوكساليبلاتين. Journal of the American Chemical Society, 132(13), 4678-4684. https://doi.org/10 .1021/ja908117a

3. Huang, D., Liao, F., Molesa, S., Redinger, D., & Subramanian, V. (2003). موصلات جسيمات الذهب النانوية النانوية المتوافقة مع البلاستيك ذات المقاومة المنخفضة القابلة للطباعة للإلكترونيات المرنة. Journal of The Electrochemical Society, 150(7), G412. https://doi.org/10. 1149/1.1582466

4. Peng, G., Tisch, U., Adams, O., Hakim, M., Shehada, N., Broza, Y. Y., Billan, S., Abdah-Bortnyak, R., Kuten, A., & Haick, H. (2009). تشخيص سرطان الرئة في أنفاس الزفير باستخدام جسيمات الذهب النانوية. Nature Nanotechnology, 4(10), 669-673. https://doi.org/10 .1038/nnano.2009.235

5. Perrault, S. D., & Chan, W. C. W. (2010). تجميع مكونات الجسيمات النانوية في الجسم الحي لتحسين التصوير المستهدف للسرطان. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(25), 11194-11199. https://doi.org/10 .1073/pnas.1001367107

6. Stuchinskaya, T., Moreno, M., Cook, M. J., Edwards, D. R., & Russell, D. A. (2011). العلاج الضوئي الديناميكي الضوئي المستهدف لخلايا سرطان الثدي باستخدام متقارنات الأجسام المضادة - الفثالوسيانين - الجسيمات النانوية الذهبية. العلوم الكيميائية الضوئية والضوئية البيولوجية، 10(5)، 822. https://doi.org/10. 1039/c1pp05014a

7. طومسون، د. ت. ت. (2007). استخدام جسيمات الذهب النانوية للحفز. Nano Today, 2(4), 40-43. https://doi.org/10 .1016/s1748-0132(07)70116-0.