Kendi kendine oluşan nanomalzemelerin kullanım alanları çok geniştir. Bilim adamları, yeni fotonik cihazlar ve biyomateryal geliştirme gibi bilim dünyasında bazı inanılmaz ilginç bulguları ortaya çıkarmak için aşağıdan yukarıya nanofabrikasyon veya kendi kendine montaj olarak bilinen bir süreci kullanırlar. Ancak bu nanomateryalleri tam potansiyelleriyle kullanmak için, araştırmacıların öncelikle içlerine bakabilmeleri ve amaçlanan keşifler için özel tasarımı belirleyebilmeleri gerekir.
7 Nisan’da hakemli Science dergisinde yayınlanan yazıya göre Columbia Üniversitesi ve ABD Enerji Bakanlığı’nın Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’na bağlı bir araştırma ekibi, bir nanomateryali yalnızca yedi nanometre çözünürlükte görmenin bir yolunu buldu. Ekip, en iyi şekilde yüksek çözünürlüklü x-ray görüntüleme parametresi olarak tanımlanan gelişmiş 3D görüntüleme tekniklerini kullandı ve daha sonra kendi kendine oluşan malzemenin derinliklerinde fotoğraf çekti.
İşlem inanılmaz derecede karmaşıktı ve DNA’nın kendi kendine oluşum ve spesifik dönüşüm süreçleri için bir nanomalzeme olarak kullanılmasını içeriyordu. Böylece söz konusu DNA, x-ışını fotoğrafı çekilirken yok edilmiyordu. Araştırmacılar, esasen programlanabilir DNA malzemesini alıp, üretim sürecinin takip etmesi için bir şablon veya kendi kendine tanımlanmış bir “plan” kullanarak kalıplamak zorunda kaldılar. Ayrıca kaçınılmaz yakın çekim için DNA’yı inorganik malzemelere dönüştürmeleri gerekiyordu.
Çalışmanın ortak yazarı ve Brookhaven’ın Fonksiyonel Nanomalzemeler Merkezi’nde araştırmacı olan Oleg Gang, bu sürecin arkasındaki aşırı karmaşıklığı anlatıyor:
“DNA temelli nanomalzemeler grubu, arzu ettiğimiz özelliklere ince ayar yapmak için muazzam bir kontrol seviyesi sunarken, plana tam olarak karşılık gelen mükemmel yapılar oluşturmuyorlardı. Bu nedenle, tek parçacık çözünürlüğü ile ayrıntılı 3D görüntüleme olmadan, kendi kendine oluşan etkili sistemlerin nasıl tasarlanacağını, oluşum sürecinin nasıl ayarlanacağını ve bir malzemenin performansının kusurlardan ne derece etkilendiğini anlamak imkansızdır.”
İlginizi Çekebilir
Tüm araştırma, bu noktada beş yıldan fazla bir süredir devam etmekteydi. Çalışmada bir araştırmacı olan Aaron Noam Michelson, araştırmacının nanomalzemeler üzerindeki yüzey seviyesindeki çalışmalarına atıfta bulunarak, ilk süreci “sadece derinin derinliklerinde” olarak adlandırdı. Sonunda ekip daha da ileri gitmek zorunda kaldığında “nasıl çalıştığını anlamak için daha derine inmek istedik.” İfadelerine yer verdi.
Daha derin olanı bu nanomalzemelerin içine giriyordu. Daha fazlası, nihai performansının kilidini açabilir ve durumu kullanabilirdi. Grup, kaçınılmaz olarak, Sert X-ışını Nanoprobe (HXN) ışın hattına ev sahipliği yapan National Synchrotron Light Source II’ye dayanan araştırmacılarla ekip kurmak durumunda kaldı. Bu araç, bilim adamlarının nano ölçekli çözünürlükleri görmek için ultra parlak ışıklar kullanan parçacıkların ve malzemelerin içine derinlemesine bakmalarını sağlamıştı.
Bir ekip inorganik özellikleri kullanarak DNA nanomateryalini oluşturmanın yollarını bulmak zorundayken, başka bir ekip son derece tehlikeli x-ışını demeti hattının sağladığı en iyi işlevselliği ortaya çıkarmaya çalışıyordu. Araştırmacılar ışın çizgisini iki ayrı stratejiye ayırdılar. İlk olarak, numuneden x-ışını floresanı toplandı, bunlar numunenin kendisinden yayılan ışıktı ve aynı zamanda numuneden geçerken x-ışınının faz kontrastını da ölçüyordu.
Bu iki veri biçimi, araştırmacıların genel projenin hem ön planını hem de arka planını görmelerini sağladı. Böylece onlara genel ölçek hakkında daha iyi bir fikir ve üzerinde çalışacakları daha derinlemesine bir resim verdi. Bu yeni stratejilerin ardından, ekibin bu geniş meta veriyi kısıtlama olmaksızın toplayabilmesi için yeni 3D yazılım görüntüleme araçlarından ve veri harmanlama prosedürlerinden geçmesi gerektiğinden birkaç ay gecikti.
Michelson, “Buraya gelmek tüm doktoramı aldı, ancak kişisel olarak bu iş birliğinin bir parçası olduğum için çok mutluyum” diyor.
Genel araştırma yapılabilir olsa da bir dizi daha gelişmiş çalışmanın yanı sıra bir ton ayak işi de vardı. Bu yeni bilginin kilidinin açılmasıyla araştırmacılar, nanomalzemelerde kendi kendine oluşum için daha da ilginç ve daha kolay yöntemler ve bunların işlevselliği için en iyi durum yöntemleri keşfetmeyi umuyorlar. Bu nanomalzemeler, gelecek için daha kararlı pillerin inşası da dahil olmak üzere çeşitli sektörlerde kullanılabilir hale gelecek. Bu nedenle nanoparçacık kalibrasyonu için daha iyi tasarım süreçleri kesinlikle bir zorunluluktur.
