நானோதுளையின் மூலம் வெப்பமானி வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றங்களை கண்காணித்தல்

ஒசாகா பல்கலைக்கழகத்தில் உள்ள SANKEN (அறிவியல் மற்றும் தொழில்துறை ஆராய்ச்சி நிறுவனம்) விஞ்ஞானிகள் ஒரு தெர்மோகப்பிளைப் பயன்படுத்தி ஒரு நானோதுளை வழியாக அயனி இயக்கத்தின் வெப்ப விளைவுகளை அளந்தனர். பெரும்பாலான நிலைமைகளின் கீழ், ஓம் விதியின்படி மின்னோட்டமும் வெப்பமூட்டும் சக்தியும் பயன்படுத்தப்பட்ட மின்னழுத்தத்துடன் மாறுபடுவதை அவர்கள் கண்டறிந்தனர். இந்த வேலை மிகவும் மேம்பட்ட நானோ அளவிலான உணரிகளுக்கு வழிவகுக்கும்.

ஒரு DNA இழை அல்லது வைரஸ் துகள் மட்டுமே கடந்து செல்லும் அளவுக்கு சிறிய மென்படலத்தில் உள்ள சிறிய திறப்புகளான நானோதுளைகள் உணரிகளை உருவாக்குவதற்கான ஒரு அற்புதமான புதிய தளமாகும். பெரும்பாலும், நானோதுளை மூலம் பகுப்பாய்வு செய்யப்பட வேண்டிய பொருளை வரைவதற்கு சவ்வின் இரு பக்கங்களுக்கு இடையே ஒரு மின்னழுத்தம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அதே நேரத்தில், கரைசலில் மின்னூட்டம் செய்யப்பட்ட அயனிகள் கொண்டு செல்லப்படலாம், ஆனால் வெப்பநிலையில் அவற்றின் தாக்கம் விரிவாக ஆய்வு செய்யப்படவில்லை. இந்த அயனிகளால் ஏற்படும் வெப்ப விளைவுகளின் நேரடி அளவீடு நானோதுளைகளை உணரிகளாக மிகவும் நடைமுறைப்படுத்த உதவும்.

இப்போது, ​​ஒசாகா பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு தங்கம் மற்றும் பிளாட்டினம் நானோகம்பிகளால் ஆன வெப்பமின்னிரட்டைகளை உருவாக்கினர், அதன் மூலம் வெறும் 100 nm அளவுள்ள தொடர்பு புள்ளியுடன் தெர்மோமீட்டராக செயல்பட்டது. ஒரு சிலிக்கான் செதில் இடைநிறுத்தப்பட்ட 40-nm-தடிமனான படலமாக வெட்டப்பட்ட நானோதுளைக்கு அடுத்துள்ள வெப்பநிலையை நேரடியாக அளவிட இது பயன்படுத்தப்பட்டது.

ஒரு கம்பியில் உள்ள மின்தடையின் மூலம் மின்சார ஆற்றல் வெப்பமாக மாற்றப்படும்போது ஜூல் வெப்பமாக்கல் ஏற்படுகிறது. இந்த விளைவு டோஸ்டர்கள் மற்றும் மின்சார அடுப்புகளில் நிகழ்கிறது, மேலும் எலக்ட்ரான்கள் கம்பியின் கருவுடன் மோதும்போது அவை நெகிழ்ச்சியற்ற சிதறல் என்று கருதலாம். ஒரு நானோதுளையின் விஷயத்தில், ஓம் விதியின் கணிப்புகளுக்கு இணங்க, அயனி ஓட்டத்தின் வேகத்திற்கு விகிதத்தில் வெப்ப ஆற்றல் சிதறுவதை விஞ்ஞானிகள் கண்டறிந்தனர். 300nm அளவிலான நானோதுளையைப் படிக்கும் போது, ​​பயன்படுத்தப்பட்ட மின்னழுத்தத்தின் செயல்பாடாக ஒரு பாஸ்பேட் தாங்கல் செய்யப்பட்ட உப்புநீரின் அயனி மின்னோட்டத்தை ஆராய்ச்சியாளர்கள் பதிவு செய்தனர். “பரிசோதனை நிலைமைகளின் பரந்த அளவில் கிட்டத்தட்ட ஓமிக் நடத்தையை நாங்கள் நிரூபித்தோம்” என்று முதல் எழுத்தாளர் மகுசு சுட்சுய் கூறுகிறார்.

சிறிய நானோதுளைகளுடன், வெப்பமூட்டும் விளைவு மிகவும் உச்சரிக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் குளிர்ந்த பக்கத்திலிருந்து குறைந்த திரவம் வெப்பநிலையை சமன் செய்ய முடியும். இதன் விளைவாக, வெப்பமாக்கல் ஒரு புறக்கணிக்க முடியாத விளைவை ஏற்படுத்தக்கூடும். நிலையான இயக்க நிலைமைகளின் கீழ் நானோபோர்கள் சில டிகிரி வெப்பநிலை அதிகரிப்பை அனுபவிக்கின்றன. “வைரஸ்களை அடையாளம் காண்பது மட்டுமல்லாமல், அதே நேரத்தில் அவற்றை செயலிழக்கச் செய்யக்கூடிய நாவல் நானோபோர் சென்சார்களின் வளர்ச்சியை நாங்கள் எதிர்பார்க்கிறோம்” என்று மூத்த எழுத்தாளர் டோமோஜி கவாய் கூறுகிறார். ஆராய்ச்சியாளர்கள் வெப்பமாக்கல் பலனளிக்கும் பிற சூழ்நிலைகளை முன்மொழிந்தனர்-உதாரணமாக, நானோபோரை பாலிமர் அடைப்பதைத் தடுக்க அல்லது டிஎன்ஏவின் இழைகளை வரிசைப்படுத்துவது போன்றவை ஆகும்.

“Ionic heat dissipation in solid-state pores” என்ற தலைப்பில் இக்கட்டுரையானது அறிவியல் முன்னேற்றத்தில் வெளியிடப்பட்டுள்ளது.

References:

• Tsutsui, M., Arima, A., Yokota, K., Baba, Y., & Kawai, T. (2022). Ionic heat dissipation in solid-state pores. Science Advances, 8(6), eabl7002.
• Dekker, C. (2010). Solid-state nanopores. Nanoscience And Technology: A Collection of Reviews from Nature Journals, 60-66.
• Rocha, J., Brites, C. D., & Carlos, L. D. (2016). Lanthanide organic framework luminescent thermometers. Chemistry–A European Journal, 22(42), 14782-14795.