فناوری نانو در پزشکی و انرژی به دقتی در حد اتم دست یافته است و نویدبخش تحولی عظیم در این حوزه‌هاست. با فناوری نانو، دانشمندان با به‌کارگیری میکروسکوپ تونلی روبشی (scanning tunneling microscopy)، واکنش‌های شیمیایی را در سطح تک‌مولکول کنترل می‌کنند و راه را برای سنتز هدفمند دارو و سایر ترکیبات هموار می‌سازند.
مطالعه‌ای پیشگامانه منتشر شده در Nature Communications جزئیات چگونگی دستیابی دانشمندان به کنترل بی‌سابقه‌ای بر ماده در سطح اتمی را شرح می‌دهد. این دستاورد با بهره‌گیری از دقت میکروسکوپ تونلی روبشی (STM)، به محققان این امکان را می‌دهد تا بر نتایج واکنش‌های شیمیایی در سطح تک‌مولکول تأثیر بگذارند و افق‌های جدیدی را در حوزه‌هایی مانند پزشکی و انرژی بگشایند.
کنترل واکنش‌های شیمیایی با دقت اتمی
این تحقیق نشان‌دهنده‌ی گامی بلند از دستکاری ساده‌ی اتم‌ها و مولکول‌های منفرد به هدایت واقعی مسیرهای واکنش‌های شیمیایی است. از دیرباز، دستیابی به یک نتیجه‌ی مطلوب واحد در یک واکنش شیمیایی در سطح مولکولی امری دشوار بوده است. واکنش‌ها اغلب نتایج بالقوه‌ی متعددی دارند، برخی مطلوب و برخی دیگر منجر به محصولات جانبی ناخواسته می‌شوند. این پژوهش جدید توانایی تأثیرگذاری بر این نتایج، ارجحیت دادن به محصولات مورد نظر و به حداقل رساندن مواد زائد را نشان می‌دهد. این سطح از کنترل، پیامدهای ژرفی برای توسعه‌ی دارو دارد، جایی که واکنش‌های شیمیایی خاص برای سنتز ترکیبات درمانی بسیار حائز اهمیت هستند. با به حداقل رساندن محصولات جانبی ناخواسته، این فرآیند کارآمدتر و پایدارتر می‌شود.
قدرت میکروسکوپ تونلی روبشی
رمز این پیشرفت در دقت بی‌نظیر STM نهفته است. برخلاف میکروسکوپ‌های متداول که از نور و لنز استفاده می‌کنند، STM از یک سوزن بسیار ریز، که اغلب تنها به اندازه‌ی یک اتم است، برای اسکن سطح یک ماده استفاده می‌کند. این سوزن خواصی مانند جریان الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کند و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا سطح را در سطح اتمی ترسیم کنند. STM سطح را لمس نمی‌کند، بلکه فوق‌العاده نزدیک به آن معلق می‌ماند و به الکترون‌ها اجازه می‌دهد بین سوزن و سطح «تونل» بزنند. قدرت این جریان بسته به فاصله‌ی بین سوزن و سطح تغییر می‌کند و نقشه‌ی بسیار دقیقی از چیدمان اتمی ارائه می‌دهد.
STM فراتر از تصویربرداری ساده، به محققان این امکان را می‌دهد که اتم‌ها و مولکول‌های منفرد را دستکاری کنند و اکنون، بر احتمال مسیرهای واکنش خاص تأثیر بگذارند. دانشمندان با تزریق الکترون به مولکول‌ها با سوزن STM می‌توانند واکنش‌های شیمیایی را آغاز کرده و نتایج آن‌ها را مشاهده کنند. این مطالعه نشان داد که انرژی الکترون‌های تزریق شده نقش مهمی در تعیین نتیجه‌ی واکنش ایفا می‌کند. محققان با کنترل دقیق این انرژی می‌توانند به طور مؤثر واکنش را به سمت نتیجه‌ی مطلوب «هدایت» کنند، که در اصل احتمال وقوع واکنش مطلوب را افزایش می‌دهند.
پیامدهای آینده
این تحقیق گامی مهم به سوی سیستم‌های مولکولی قابل برنامه‌ریزی است. آینده‌ای را تصور کنید که در آن بتوانیم مولکول‌ها را با دقتی بی‌سابقه طراحی و سنتز کنیم و آن‌ها را برای کاربردهای خاص تنظیم کنیم. این قابلیت می‌تواند انقلابی در توسعه‌ی دارو ایجاد کند و امکان ایجاد درمان‌های بسیار هدفمند با عوارض جانبی کمتر را فراهم کند. همچنین می‌تواند منجر به پیشرفت در فناوری‌های انرژی پاک شود و طراحی کاتالیزورها و مواد کارآمدتر برای ذخیره‌سازی و تبدیل انرژی را امکان‌پذیر سازد. کاربردهای بالقوه‌ی این فناوری گسترده و فراگیر است و به حوزه‌هایی مانند علم مواد، الکترونیک و فراتر از آن گسترش می‌یابد.
توانایی کنترل واکنش‌های شیمیایی در سطح تک‌مولکول، نقطه عطفی در فناوری نانو است. این موفقیت گواهی بر قدرت تحقیقات علمی و همکاری است و نوید پیشرفت‌های متحول‌کننده در رشته‌های مختلف را می‌دهد. این فقط در مورد درک ماهیت بنیادی ماده نیست، بلکه در مورد بهره‌برداری از این درک برای ساختن آینده‌ای بهتر است.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: scitechdaily
