علماء في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد أنشأوا منصة بصرية بسيطة باستخدام رقائق الذهب في ماء الملح لتصور القوى الكمومية والكهرساكنية على المستوى النانوي. هذه القوى، التي وُصفت بأنها 'الغراء الخفي للطبيعة'، تربط الأجسام الصغيرة وقد تساهم في تقدم في الحساسات الحيوية والأدوية وحتى تشكل المجرات. تكشف التقنية عن التفاعلات من خلال أنماط ضوئية ملونة تُلاحظ تحت المجهر.
كشف باحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا عن طريقة تعتمد على الضوء لمراقبة القوى الدقيقة التي تحكم التفاعلات على أصغر المقاييس. من خلال تعليق رقائق ذهبية مجهرية في محلول ملحي ووضع قطرة على لوحة زجاجية مطلية بالذهب، تجذب الرقائق إلى السطح لكنها تتوقف عند مسافات نانومترية، مما يشكل تجاويف صغيرة تحاصر الضوء وتنتج ألواناً حية مثل الأحمر والأخضر والذهبي.
تشرح الطالبة في الدكتوراه ميخايلا هوشكوفا، من قسم الفيزياء: "ما نراه هو كيفية تفاعل القوى الأساسية في الطبيعة مع بعضها البعض. من خلال هذه التجاويف الصغيرة، يمكننا الآن قياس ودراسة القوى التي نسميها 'غراء الطبيعة' -- ما يربط الأجسام معاً على أصغر المقاييس. لا نحتاج إلى التدخل في ما يحدث، نلاحظ فقط الحركات الطبيعية للرقائق."
تبرز المنصة التوازن بين تأثير كازيمير، وهو قوة كمومية تسحب الرقائق أقرب، والتنافر الكهرساكني من الجسيمات المشحونة في المحلول الملحي. تخلق رقائق الذهب، التي تبلغ حوالي 10 ميكرومترات في الحجم، تجاويفاً من 100-200 نانومتر، مما يمكن التركيب الذاتي. من خلال تعديل الملوحة ومراقبة تغييرات اللون عبر مطياف، يقيس الباحثون هذه القوى.
يبني هذا العمل على أربع سنوات من البحث في مجموعة البروفيسور تيمور شيغاي، متطوراً من اكتشاف المرنانيات الذاتية التركيب من رقائق الذهب. "يسمح الطريقة بدراسة شحنة الجسيمات الفردية والقوى التي تعمل بينها. طرق أخرى لدراسة هذه القوى غالباً ما تتطلب أجهزة معقدة لا يمكنها تقديم معلومات على مستوى الجسيم،" يلاحظ شيغاي.
تشمل التطبيقات المحتملة الفيزياء والكيمياء وعلم المواد، مقدمة رؤى حول استقرار الجسيمات في السوائل للأدوية والحساسات الحيوية ومرشحات المياه والمستحضرات التجميلية. تضيف هوشكوفا: "تؤثر القوى على المستوى النانوي في كيفية تجميع مواد أو هياكل مختلفة... يمكننا الحصول على رؤى حول كيفية حكم نفس المبادئ للطبيعة على مقاييس أكبر بكثير، حتى كيفية تشكل المجرات."
تظهر النتائج في Proceedings of the National Academy of Sciences تحت العنوان "Casimir self-assembly: A platform for measuring nanoscale surface interactions in liquids," بقلم هوشكوفا، أوليغ في. كوتوف، بيتول كوتشكوز، كاثرين ج. مورفي، وتيمور شيغاي.