پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) با ارائه روشی جدید برای اتصال نانوذرات، موفق به ساخت ساختارهای بلوری منظمی شدند که پیش از این مشاهده نشده بودند؛ دستاوردی که می‌تواند راه را برای طراحی و تولید مواد پیشرفته در حوزه‌های پزشکی، کشاورزی و فناوری‌های نوری هموار کند.
به گزارش سیناپرس، یکی از روش‌های مهم توسعه مواد جدید، کنترل دقیق ساختار آن‌ها در مقیاس‌های بسیار کوچک است. در این میان، نانوذرات به دلیل قابلیت آرایش و اتصال در ساختارهای پیچیده، ظرفیت قابل‌توجهی برای تولید مواد با ویژگی‌های جدید دارند.
در پژوهشی که در نشریه علمی Nature Materials منتشر شده است، محققان به سرپرستی تیمی از مؤسسه فناوری ماساچوست، رویکردی متفاوت از شیوه رایج دو دهه گذشته را برای اتصال نانوذرات به کار گرفتند. برخلاف روش‌های پیشین که بر استفاده از اتصال‌دهنده‌های سخت و ثابت تأکید داشتند، پژوهشگران از مولکول‌های پلیمری انعطاف‌پذیر استفاده کردند.
در این آزمایش، نانوذرات طلا با زنجیره‌هایی از پلیمر پلی‌اتیلن گلیکول (PEG) به یکدیگر متصل شدند. این زنجیره‌ها با بارهای الکتریکی مثبت یا منفی، امکان برقراری اتصال میان ذرات را فراهم می‌کردند. پژوهشگران همچنین با استفاده از شبیه‌سازی رایانه‌ای، فرایند اتصال و آرایش نانوذرات را بررسی کردند.
نتایج نشان داد انعطاف‌پذیری اتصال‌دهنده‌ها می‌تواند تعداد پیوندهای میان نانوذرات و نحوه آرایش آن‌ها را کنترل کند. همچنین اندازه ذرات و طول زنجیره‌های پلیمری بر تعداد اتصالات تأثیرگذار بود؛ به‌طوری‌که نانوذرات کوچک‌تر، پیوندهای کمتری با ذرات مجاور برقرار می‌کردند.
راب مک‌فارلین، پژوهشگر علوم مواد در MIT، با اشاره به تفاوت این روش با باور رایج در ۲۰ سال گذشته، توضیح داد که برخلاف تصور پیشین مبنی بر ضرورت استفاده از اتصال‌دهنده‌های سخت، انعطاف‌پذیری بیشتر نیز می‌تواند به تشکیل ساختارهای منظم و پایدار منجر شود.
پژوهشگران با استفاده از این روش توانستند ساختارهای بلوری منظمی ایجاد کنند که پیش از این مشاهده نشده بودند. به گفته محققان، کنترل تعداد پیوندهای هر ذره بدون نیاز به طراحی دقیق محل اتصال یا تغییر شکل ذرات، امکان ساخت شبکه‌های نانویی متنوع‌تری را فراهم می‌کند.
این دستاورد می‌تواند در آینده به توسعه مواد پیشرفته برای کاربرد در فوتونیک (فناوری‌های کنترل نور)، کاتالیز شیمیایی، پزشکی و کشاورزی کمک کند. همچنین فاصله‌گذاری و آرایش کنترل‌شده نانوذرات می‌تواند امکان تولید مواد سفارشی‌سازی‌شده را در مقیاس بزرگ‌تر فراهم کند.
با این حال، عملکرد و ویژگی‌های کاربردی ساختارهای تولیدشده هنوز به بررسی بیشتری نیاز دارد. پژوهشگران در گام بعدی قصد دارند این روش را با استفاده از مواد مختلف و ترکیب‌های متفاوت اتصال‌دهنده آزمایش کنند.