یه خبر هیجان‌انگیز براتون دارم! یه تیم دانشمند از دانشگاه tohoku ژاپن بالاخره تونستن با یه تکنولوژی جدید، هم ساختار هم ترکیبات عنصرهای ذرات زیستی یخ‌زده رو با دقت بالا ببینن. بذارین از اول بگم چی به چیه!
تا الان بیشتر دانشمندها از یه روش به اسم کرایو-میکروسکوپ الکترونی عبوری یا همون cryo-TEM استفاده می‌کردن. این روش باعث میشه نمونه رو سریع فریز کنن، یعنی “flash-freeze” می‌کنن! این کار کمک می‌کنه ساختار طبیعی نمونه تقریباً همون جوری که تو بدن یا طبیعت هست بمونه. تا اینجاش خوب بود. اما یه مشکل اساسی داشت: این روش فقط می‌تونست اندازه، شکل و پراکندگی ذرات رو به خوبی نشون بده، ولی از اینکه دقیقاً عنصرهای داخلش چی هست هیچ خبری نمی‌شد فهمید!
برای فهمیدن ترکیب عنصری، باید می‌رفتن سراغ راه‌هایی مثل EF-TEM و EELS. یه کم توضیح: EF-TEM یعنی همون energy-filtered TEM یا تصویربرداری با فیلتر انرژی که می‌تونه اطلاعات عنصرها رو پیدا کنه. EELS هم spectroscopy انرژی ازدست‌رفته الکترون‌هاست، یعنی بررسی اینکه الکترون‌ها چقدر انرژی از دست دادن و این اطلاعات رو ربط میده به عناصر مختلف.
ولی این روش‌ها هم داستان دارن: معمولاً به نمونه آسیب می‌زنن، عکس‌ها تار میشن، بیشتر به درد مواد فلزی یا نمونه‌های حجم بالا می‌خورن و اصلاً برای ذرات زیستی یا موادی که خیلی حساس هستن به درد نمی‌خورد!
حالا تیم دانشگاه توهوکو اومدن یه راه‌حل خفن پیشنهاد دادن. اونا یک تکنیک جدید به اسم cryo-EELS/EF-TEM ساختن که اجازه میده هر دو جنبه ساختار و ترکیب عنصری ذره رو تو حلال یخ‌زده (یعنی چیزی که شبیه محیط زیستی واقعیه) همزمان بررسی کنیم. این یعنی دیگه لازم نیست نمونه رو خراب کنیم تا بفهمیم چی توشه!
یکی از مشکلات بزرگ قبلی تو این روش این بود که خود یخ نمونه نویز زیادی به تصویر اضافه می‌کرد و باعث می‌شد سیگنالِ عنصر اصلی نمونه خیلی ضعیف دیده بشه. گذشته از اون، موقع تصویربرداری بلندمدت، یه چیزی به اسم “دریفت” رخ میداد (یعنی نمونه یا تصویرش هی جابجا میشه)، و اینم باعث میشه تصویر تار شه.
برای این مشکل، تیم ژاپنی یه حقه جالب زدن: اومدن روش “۳-پنجره” که قبلاً برای اصلاح پس‌زمینه EELS استفاده می‌شد رو مخصوص شرایط منجمد (یخ‌زده) تنظیم کردن. اینطوری سیگنال‌های اضافی یخ حذف میشه و بالاخره میشه اون عنصرهای اصلی ذره رو واضح دید.
دریفت هم هنوز آزاردهنده بود. این بار، یه سیستم جبران دریفت گذاشتن تا کل مدت تصویربرداری، تصویر سرجاش بمونه و تکون نخوره. تازه به نرم‌افزار کنترل میکروسکوپ هم یه افزونه اضافه کردن (برای ParallEM) که خودش به صورت خودکار زمان تصویربرداری تغییر انرژی رو تنظیم کنه – دیگه لازم نیست دستی هی چیزی رو تنظیم کنین!
نتیجه؟ کاملاً باحال! تونستن پخش سیلیسیم رو توی نانوذرات سیلیکا که فقط ۱۰ نانومتر بودن (یعنی به کوچیکی یه منش داخلی سلول!) نشون بدن. تازه با همین روش، روی ذرات هیدروکسی‌آپاتیت هم کار کردن. هیدروکسی‌آپاتیت همون ماده اصلی فسفات کلسیمه که تو استخون و دندون پیدا میشه. به کمک این تکنیک جدید، نه‌تنها ساختار، بلکه پخش دقیق کلسیم و فسفر این ذره‌ها رو هم دیدن و ثبت کردن.
این یعنی چی؟ یعنی الان دیگه دانشمندها می‌تونن هم ساختار و هم ترکیب نمونه‌های حساس و زیستی رو بدون اینکه خرابش کنن بررسی کنن. تازه نتایج رو تو مجله Analytical Chemistry هم منتشر کردن (۳۱ جولای ۲۰۲۵).
این تکنولوژی فقط مال علوم زیستی نیست؛ می‌تونه توی تحقیقات بیومواد، ایمپلنت‌های پزشکی (مثلاً همونا که تو بدن کار گذاشته میشن)، تکنولوژی غذا، کاتالیزورها و حتی جوهرهای کاربردی استفاده بشه.
در کل، این روش جدید باعث شد دیگه محدودیت‌های قبلی (مثل نویز از پس‌زمینه، دریفت تصویر و آسیب‌دیدن نمونه) کمتر بشه و دانشمندها بتونن بدون اینکه جزییات نمونه از بین بره، به شیمی مخفی نانومواد پی ببرن. یه قدم بزرگ برای کشف رمز و رازهای دنیای نانو! واقعا شگفت‌انگیزه.
منبع: +
