فصلی جدید در دنیای علوم نوین

محققان آزمایشگاه‌های ملی ساندیا در کالیفرنیا در صدر این دستاورد قرار داشته‌اند. آنها پس از یک دوره تحقیقات گسترده موفق به ساخت نخستین سیستم‌های مبتنی بر نانولوله‌های کربنی شدند که می‌توانند تمام طیف نور قابل رویت را منعکس کنند. این دستاورد اهمیت قابل توجهی دارد چون از هم اکنون می‌توان امیدوار بود تا از آن برای طراحی و ساخت نسل جدید بسیاری از دستگاه‌ها و تجهیزات استفاده کرد. با این حال دانشمندان بیشترین توجه خود را معطوف سلول‌های خورشیدی کرده‌اند که با استفاده از این فناوری ارائه شده و می‌توانند نور بیشتری از خورشید جذب کنند. اما این تنها بخشی از کاربردهای جذاب استفاده از نانولوله‌های کربنی حساس به نور مرئی است. دانشمندان بر این باورند که می‌توان خیلی زود ریز دوربین‌هایی را ساخت که حتی در اوج تاریکی نیز کارایی قابل‌توجهی داشته باشند. گذشته از تمام این کاربردها زمانی که پای موضوعی همچون استفاده از آنها در کمک به بازگرداندن بینایی به کم بینایان و نابینایان باز می‌شود، این فناوری اهمیت صد چندانی پیدا می‌کند تا آنجا که استفاده از آن در ساخت شبکیه‌های مصنوعی از جمله جذاب ترین کاربردهای نانولوله‌های کربنی حساس به نور مرئی عنوان شده است.

این دستاورد در حالی ارائه شده که بر اساس تحقیقات دیگری که از سوی محققان در گروه فیزیک زیستی نانویی دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس انجام شده است، نانولوله‌ها می‌توانند طول موج خاصی از پرتوهای نوری را ردیابی کنند که از آن جمله می‌توان به نور ماوراء بنفش اشاره کرد. با این حال این لوله‌ها قادر نیستند کل طیف نوری قابل رویت را شناسایی کنند و نسبت به آن واکنش نشان دهند. به عقیده جورج گونر از محققان علوم فیزیک و رئیس گروه فیزیک زیستی نانویی دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس، دستیابی به این نتایج در نوع خود جذاب و تعیین‌کننده است.

حسگر نوری که در دل یک دوربین دیجیتالی قرار می‌گیرد، نور را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. در توجیه این فرآیند باید این گونه گفت که در پی بمباران لایه سیلیکنی از سوی فوتون‌های نوری، حفره‌های الکترونی در این ماده ایجاد می‌شود. در نقطه مقابل و درخصوص فناوری ساخت چشم‌های بیولوژیکی، حسگرهای نوری ساخته شده با استفاده از نانولوله‌های کربنی به شیوه‌ای مشابه فوتون‌های نوری را جذب می‌کنند. این نانولوله‌ها با استفاده از 3 نوع <کروموفورز> دکوربندی اصلی خود را پیدا می‌کنند. کروموفورزها مولکول‌هایی هستند که در پاسخ به طول موج‌های بخصوصی تغییر شکل می‌دهند. تغییر در شکل و ساختار کلی این مولکول‌ها نتیجه‌ای جز تغییر جهت این مولکول‌ها ندارد و این درحالی است که رسانایی الکتریکی نانولوله کربنی مورد نظر به گونه‌ای دستخوش تغییر می‌شود که از این تغییر می‌توان برای اندازه‌گیری نور و شدت آن استفاده کرد. دانشمندان آزمایشگاه‌های ساندیا در این تحقیقات از 3 نوع مختلف از کروموفورزها استفاده کردند که نسبت به نور قرمز، سبز و آبی طیف نور قابل روِیت واکنش نشان می‌دهند.

البته این پروژه هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد، اما آینده روشن این فناوری دانشمندان را بر آن داشته است تا با انگیزه بیشتری آن را دنبال کنند. عقیده بر این است که حسگرهای نوری ساخته شده با استفاده از نانولوله‌ها در مقایسه با تراشه‌های فعلی حسگر نور مزایای قابل توجهی دارند. ژیان ژی ژائو از محققان آزمایشگاه‌های ساندیا می‌گوید: از همه مهم‌تر باید به این نکته اشاره کرد که حسگرهای نانولوله‌ای به رغم اندازه بسیار کوچک خود، ذاتا از ضریب شفافیت بسیار بالایی برخوردارند. در این زمینه برآورد شده است که ضریب شفافیت آنها معادل تک نانولوله هاست یعنی چیزی حدود یک نانومتر و از آنجا که هر یک از ارائه‌های نانولوله‌ای بسیار کوچک هستند، نور براحتی می‌تواند در نقطه بسیار کوچکی متمرکز شود و این به معنای آن است که تجهیزاتی که با استفاده از این فناوری در آینده ساخته خواهند شد، نسبت به سطوح بسیار ضعیفی از نور بشدت حساس خواهند بود. از آن گذشته چنین حسگرهایی این قابلیت ارزشمند را دارند تا روی سیستم‌های پلیمری انعطاف‌پذیر چاپ شوند. این قابلیت موجب می‌شود تا استفاده از آنها در طیف گسترده‌ای از صنایع، بسیار ارزان‌قیمت‌تر تمام شود. به عقیده ارائه‌کنندگان این فناوری نوین، حسگرهایی از این دست به سبب برخورداری از ویژگی‌هایی خاص، در زمان به کار گرفته شدن به عنوان بخش اصلی شبکیه مصنوعی مشکلات بسیار کمتری برای بافت‌های بیولوژیکی چشم ایجاد می‌کنند. محققان آزمایشگاه‌های ساندیا به منظور ارائه این حسگرها از فرآیند بسیار حساس و پیچیده‌ای استفاده کرده‌اند. آنها تک نانولوله‌های کربنی را روی ویفر سیلیکنی قرار دادند و در ادامه از دو سر آنها جریان الکتریکی برقرار کردند. با استفاده از این فرآیند تنها در مدت چند روز حسگر نوری نانولوله‌ای ارائه شد. البته به نظر می‌آید که تنها مشکل در توسعه این فناوری، انبوه‌سازی چنین حسگرهایی آن هم در مدت زمان کوتاهی باشد که البته در این زمینه پیشرفت‌هایی نیز صورت گرفته است. به طوری که بتازگی گروهی از دانشمندان تکنیک جالب توجهی درخصوص ارائه شبکه‌های بزرگی از نانولوله‌های کربنی معرفی کرده‌اند. آنها معتقدند می‌توان شبکه‌های بزرگی از نانولوله‌ها را به نوعی اسپری کرد و سپس جریان‌های الکتریکی لازم را برقرار نمود و سپس آنها را با مولکول‌های حساس به نور ترکیب کرد.

در حال حاضر دانشمندان این پروژه تمرکز اصلی خود را روی ساخت نانولوله‌هایی متمرکز کرده‌اند که نسبت به نور مادون قرمز حساسیت دارند و در عین حال تلاش می‌کنند ضریب حساسیت حسگرهایی که با استفاده از این فناوری تهیه می‌شوند را ارتقا بخشند. از آن گذشته این امیدواری نزد دانشمندان وجود دارد تا در آینده‌ای نه‌چندان دور و با افزودن ریزآنتن‌هایی روی این حسگرها، تمرکز نور در آنها به میزان قابل توجهی بهبود یابد. بی‌شک این فناوری در یک دهه آینده حرف‌های زیادی برای گفتن خواهد داشت.

مهدی کیا