علماء يبتكرون رنانات ضوئية بحجم 5 ميكرومترات.. حساسية تفوق 10 آلاف مرة

ابتكر علماء من جامعة ITMO في سانت بطرسبورغ رنانات ضوئية دقيقة لا يتجاوز قطرها خمسة ميكرومترات، أي أرق بعشر مرات من شعرة الإنسان، وتتميز بقدرتها على توليد الضوء بنفسها بدلاً من الاكتفاء باحتجازه.

وتُمثّل هذه التقنية قفزة نوعية في مجال المستشعرات الحيوية، إذ قد تُشكّل أساساً لأجهزة ليزر مصغّرة وعلامات أمان للمجوهرات، فضلاً عن تطبيقاتها الطبية الواعدة.

تحدي المواد السامة

تعاني معظم الرنانات الضوئية الحالية من إشكاليتين رئيسيتين: الأولى أنها تستلزم «تنشيطاً» خارجياً بليزر قوي لتعمل، والثانية أن موادها غالباً ما تكون سامة للأنسجة الحية، مما يحول دون استخدامها في التطبيقات الطبية.

تصميم هجين متعدد الطبقات

تغلّب الباحثون على هذه العقبات باعتماد كريات مجهرية قياسية من البوليسترين، طلوها بنوعين من الفوسفور: بلورات نانوية من الفضة والإنديوم والكبريت، إلى جانب نقاط كربونية. ثم أضافوا طبقتين علويتين؛ الأولى بوليمر عازل يمنع الذهب من إخماد توهج البلورات، والثانية جزيئات نانوية من الذهب تعمل كهوائي لتضخيم الضوء المنبعث.

حساسية تحليلية استثنائية

أسفر هذا التصميم عن مادة ترفع حساسية مطيافية رامان — وهي تقنية متخصصة في تحليل المخاليط الكيميائية — بأكثر من 10000 مرة، مما يُتيح رصد أدنى تركيز للجزيئات المستهدفة حتى في البيئات المعقدة كالدم والماء ومشتقات البترول.

خطوات بحثية مستقبلية

وأوضح كيريل بوغدانوف، رئيس المشروع ومدير مختبر في المركز الدولي للبحوث والتعليم في فيزياء الهياكل النانوية بالجامعة، أن الفريق يعتزم «دمج البحوث السابقة وإنشاء بنية مختبرية على رقاقة ذات قدرات كشف متوازية»، مشيراً إلى أن الخطوات القادمة ستشمل تحليل استقرار البنى الهجينة في البيئات السائلة، وتحديد حدود الكشف والانتقائية باستخدام مركبات نموذجية لهياكل ميكروسفيرية متنوعة، وفق ما نقلته صحيفة «إزفيستيا» الروسية.