ساخت نانوحفره‌هاي مصنوعي و تجديدپذير

[MIN@MAN]

حسگري ضربان مقاومتي (Resistive pulse sensing) ، روش بسيار جذابي را براي تعيين کميت و توصيف گونه‌هاي زيست‌پزشكي؛ نظير داروها، DNA، پروتئين‌ها و ويروس‌ها در محلول ارائه مي‌دهد.
اين روش، شامل اندازه‌گيري تغييرات ناشي از جريان يوني عبوري از غشايي است كه حاوي يك روزنه در مقياس نانومتر است و دو الكتروليت را از هم جدا مي‌كند. با عبور نمونه‌هاي زيستي از مسير روزنه، به‌دليل مسدود شدن آني منفذ نانومتري غشا در جريان يوني، ضربان‌هاي ناپايدار ميرايي ايجاد مي‌شود.
فركانس اين ضربان‌ها حاوي اطلاعاتي است كه به تعيين غلظت و توصيف نمونه تجزيه‌اي كمك مي‌كند. يك نانوحفره زيستي هموليزينα- كه با يك غشاي دولايه ليپيدي محافظت مي‌شود به‌خوبي براي تشخيص نمونه‌هاي تجزيه‌اي گوناگون استفاده شده‌است؛ با اين حال، اشكال اصلي اين سيستم، فقدان استحكام مكانيكي آن است، در حقيقت اين غشاهاي زيستي پس از گذشت چند ساعت پاره شده، مانع از به‌كارگيري آنها در ابزارهاي حسگري عملي مي‌شود.
هم‌اكنون، گروهي از پژوهشگران دانشگاه فلوريدا در حال برطرف کردن اين مانع بزرگ هستند كه به ساخت غشاهاي نانوحفره‌اي منفرد سنتزي و تجديدپذير كمك خواهد كرد. اين نانوحفره‌ها از طريق روش حکاکي شياري تهيه مي‌شوند؛ در اين روش، يك ذره با انرژي بالا از درون يك غشاي پليمري سنتزي عبور داده مي‌شود تا يك اثر تخريبي به جا بگذارد، سپس بطور شيميايي حکاکي شده تا به يك حفره نانومتري تبديل شود. چالش اصلي، كنترل و قابليت تجديدپذيري قطر روزنه حاصل است.
Charles R. Martin و همكارانش يك روش حکاکي دومرحله‌اي براي ساخت منافذ مخروطي تجديدپذير در غشاهاي پليمري ابداع کردند كه قابليت پيش‌بيني كنترل قطر منافذ را دارد.
اين منافذ مخروطي بر روي دو وجه مقابل غشايي است كه دو دريچه دارد: يكي بر روي قاعده مخروط با قطر بزرگ و ديگري بر نوك مخروط با قطر كوچك.
بيشتر عمل حسگري در منفذ نوك مخروط اتفاق مي‌افتد؛ زيرا نمونه‌هاي تجزيه‌اي زيستي، ضمن حركت از درون غشا، نوك منفذ را مسدود مي‌كنند و به اين دليل کنترل قطر نوك اين روزنه‌ها امري ضروري است.
پژوهشگران از اولين مرحله حکاکي براي تعيين قاعده و نوك روزنه‌هاي مخروطي در غشا استفاده مي‌كنند و پس از آن در حالي‌كه پيوسته جريان يوني را ثبت مي‌كنند، مرحله دوم را به كار مي‌برند و فرايند حکاکي را وقتي كه جريان يوني عبوري از غشا به يك مقدار معين برسد، متوقف مي‌كنند. اين روش، امکان ساخت قابل اطمينان و پيش‌بيني حفره‌هاي مخروطي با منافذي در حدود ده تا 60 نانومتر را فراهم مي‌كند كه روش مناسبي براي تشخيص نمونه‌هاي زيستي مي‌باشد.
Martin و همكارانش اهميت عمده اين غشاها را با تشخيص يك نمونه پروتئيني(آلبومين سرم گاوي) با استفاده از حسگرهايي با منافذي در مقياس نانو تشريح كردند. مارتين تأكيد مي‌كند كه ساختن نانوحفره‌هاي مصنوعي تجديدپذير براي توسعه حسگرهاي مقاوم در برابر ضربه، حياتي است.