تكنولوجيا

قد يؤدي الاختراق إلى تقنية تسلسل الحمض النووي الأكثر كفاءة

مفهوم الفنان للحرارة Nanopore

يستخدم الباحثون في جامعة أوساكا مقياس حرارة صغيرًا لمراقبة التغيرات في درجات الحرارة بشكل مباشر أثناء مرور الأيونات عبر ثقب نانوي ، مما قد يؤدي إلى حدوث الحمض النووي تكنولوجيا التسلسل.

قام علماء من SANKEN (معهد البحوث العلمية والصناعية) بجامعة أوساكا بقياس التأثيرات الحرارية لتدفق الأيونات عبر ثقب نانوي باستخدام مزدوج حراري. ووجدوا أنه في ظل معظم الظروف ، يختلف تيار التسخين والطاقة باختلاف الجهد المطبق ، كما تنبأ قانون أوم. يمكن أن يؤدي هذا العمل إلى أجهزة استشعار أكثر تقدمًا بمقياس النانو.

توفر المسامات النانوية ، وهي فتحات صغيرة في غشاء صغير جدًا بحيث يمكن لخيط واحد من الحمض النووي أو جسيم الفيروس الضغط من خلاله ، منصة جديدة ومثيرة لبناء أجهزة الاستشعار. غالبًا ما يتم تطبيق جهد كهربائي بين جانبي الغشاء لسحب التحليل من خلال ثقب النانو. في الوقت نفسه ، يمكن نقل الأيونات المشحونة في المحلول ، ولكن لم يتم دراسة تأثيرها على درجة الحرارة على نطاق واسع. يمكن أن يساعد القياس المباشر للتأثيرات الحرارية التي تسببها هذه الأيونات في جعل المسام النانوية أكثر عملية كمستشعرات.

تبديد الحرارة الأيوني في نانوبور

رسم تخطيطي يوضح عملية تبديد الحرارة الأيوني في ثقب نانوي (يسار). مقياس حرارة نانوي مضمن على جانب واحد من ثقب النانو لاكتشاف التغيرات المحلية في درجة الحرارة الناتجة عن نقل أيون مدفوع بالجهد (يمين). الائتمان: © 2022 M. Tsutsui et al. ، تبديد الحرارة الأيوني في مسام الحالة الصلبة. تقدم العلماء

الآن ، ابتكر فريق من الباحثين من جامعة أوساكا مزدوجًا حراريًا مصنوعًا من أسلاك نانوية من الذهب والبلاتين مع نقطة تلامس تبلغ 100 نانومتر فقط والتي كانت بمثابة مقياس حرارة. تم استخدامه لقياس درجة الحرارة مباشرة بجوار قطعة نانوية مقطوعة من فيلم بسمك 40 نانومتر معلق على رقاقة سيليكون.

يحدث تسخين الجول عندما يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة بمقاومة سلك. يحدث هذا التأثير في المحامص والطباخات الكهربائية ويمكن اعتباره تشتت غير مرن بواسطة الإلكترونات لأنها تصطدم بنوى الأسلاك. في حالة ثقب النانو ، وجد العلماء أن الطاقة الحرارية تبددت بما يتناسب مع زخم تدفق الأيونات ، وهو ما يتوافق مع تنبؤات قانون أوم. أثناء دراسة 300 نانومتر نانومتر ، سجل الباحثون التيار الأيوني لمحلول ملحي مخزّن بالفوسفات كدالة للجهد المطبق. يقول المؤلف الأول ماكوسو تسوتسوي: “لقد أظهرنا سلوكًا أوميًا تقريبًا في ظل مجموعة واسعة من الظروف التجريبية”.

مع وجود مسام نانوية أصغر ، أصبح تأثير التسخين أكثر وضوحًا ، حيث يمكن أن يمر سائل أقل من الجانب الأكثر برودة لمعادلة درجة الحرارة. لذلك ، يمكن أن يسبب التسخين تأثيرًا لا يستهان به ، حيث تخضع المسام النانوية لارتفاع في درجة الحرارة بضع درجات في ظل ظروف التشغيل القياسية. يقول المؤلف الرئيسي Tomoji Kawai: “نتوقع تطوير مستشعرات نانوية جديدة لا يمكنها تحديد الفيروسات فحسب ، بل تعطلها أيضًا في نفس الوقت”. اقترح الباحثون مواقف أخرى يمكن أن يكون فيها التسخين مفيدًا ، على سبيل المثال لمنع انسداد ثقب النانو بواسطة البوليمر ، أو لفصل خيوط الحمض النووي أثناء التسلسل.

المرجع: “تبديد الحرارة الأيوني في مسام الحالة الصلبة” 11 فبراير 2022 ، تقدم العلماء.
DOI: 10.1126 / sciadv.abl7002


Source link

مقالات ذات صلة

أضف تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

Back to top button