بخشی از مقاله
چکیده – برای دستیابی به وضوحبالا، از نانو مواد با پاسخ نوری ذاتی در ناحیهی مرئی، زیست سازگار و انعطاف پذیر استفاده میشود. اخراًی انواع مختلفی از نانو مواد از جمله نانو میله ها ، نانو مکعبها و نانو قفسها موردبررسی قرارگرفتهاند که در ناحیهی NIR دارای قلهی تشدید پلاسمون با شدت جذب - 26/10×10A - -15 - m^2؛ - 7/8میباشند.
تراکم و غنیسازی یک روش معمول برای افزایش سیگنال است اما به علت غیراقتصادی و غیرقابلکنترل بودن ، با محدودیت هایی مواجه می شود. در این میان نانو موادهایی با پاسخ پلاسمونی بیشینه و نانو موادهایی با کنجهای تیز، بدون نیاز به تراکم توسعه یافته اند، بنابراین در این مقاله نانوپروب پلاسمونی ستاره شکل با سیگنال رامان قوی و تخریب سلولی کمینه، برای عکسبرداری درونسلولی جهت تشخیص بیماریها ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که نانوستاره ها به علت دارا بودن نقاط گرم مغناطیسی در کنجهای تیز ، قلهی تشدید پلاسمون قوی - تقریبا - 15×10A - -15 - m^2 و قابلکنترل در ناحیهیNIR دارند.
-1 مقدمه
با پیشرفت علم نانو، محققان تمایل دارند تا از نانو ذرات برای کاربردهای بیولوژیکی استفاده کنند در این راستا ابتدا اشکال دوبعدی نانو ذرات مثل نانو دیسک و نانو مثلثها و بعدازآن اشکال سهبعدی مثل نانو کره و نانو میله و نانو پوسته و نانو قفسها و ... مطرح شدند. اشکال سهبعدی شدت جذب بیشتری نسبت به اشکال دوبعدی دارند. ابتدا نانو کامپوزیتهای هسته –پوسته طلا و هستهی دوفلزی نقره و طلا با شکلهای دیسک و کروی و میلهای برای افزایش حساسیت و دقت طیف بینی استفاده شدند.[1]
در سال 2005 فوسایو و جینگیی1 نانو قفسها را برای کاربردهای انتقال دارو به مولکول هدف برای درمان سرطان و همچنین کاربردهای عکسبرداری پزشکی و... مطرح کردند.[2] در سال 2013 تسوتکو2 قلهی جذب نانو میلهی طلا با اندازههای متفاوت را بررسی کرد به این نتیجه رسید هرچقدر نانو میله بلندتر و نازکتر باشد یعنی به نانوسیم شبیه باشد قلهی جذب در پهنای طولموجی زیادی مابین 550 - نانومتر تا 1400 نانومتر - قابل تنظیم هست.[3] درکل هرکدام از نانو ساختارهای ارائهشده مزایا و معایب خود را دارد که از بین اینها نانو قفسها نسبت به نانوسیمها و نانو کرهها و... جابهجایی قلهی خوبی در محدودهی 3 - NIR - دارند. برای نانو قفسها قلهی جذب بیشتر نزدیک ناحیهی - NIR - است ولی بازهم شدت جذب نانو قفسها کمتر است.
برای بهبود شدت جذب میتوان از نانو کامپوزیتها استفاده کرد که جابجایی قلهی خوبی دارند و شدت جذب بهتری دارند درنتیجه دقت و وضوح خوبی خواهند داشت ولی ساخت نانو کامپوزیتها خیلی هزینهبر هست و در عمل بهصرفه نیست، همچنین پهنای جذب نانو پوستهها بیشتر از نانو میله و نانو کرهها است[3]ولی بااینوجود امکان بهبود عملکرد وجود دارد به همین خاطر تمایل داریم نانو ساختارهای جدید با دقت و وضوح بالا و قابل تنظیم ارائه دهیم. برای بهتر کردن پهنای فرکانسی از متراکم کردن و غنیسازی استفاده میکنند بهطوریکه از قرار دادن دو یا سه ذره در کنار هم مولکول دوتایی4 و مولکول سهتایی5 درست میکنند که پهنای فرکانسی را بیشتر میکند ولی هزینهبر است برای بهینه کردن این مشکلات ما ساختار سهبعدی نانو ستاره را بررسی خواهیم کرد .[4]
-2 معرفی ساختار و مواد شبیهسازی
از نانو ذرات طلا به علت ویژگی نوری منحصربهفرد در محاسبه تشدید پلاسمون سطحی و آلودگی شیمیایی کم برای تشخیص سلولهای سرطانی از سلولهای سالم استفاده میشود که هدف از قرار دادن این نانوذره افزایش جذب سلولهای بیمار نسبت به سلولهای سالم است چون سلولهای بیمار در محدودهی مرئی جذب بیشتری نسبت به سلولهای سالم دارد.
زمانی که اندازه ذره به حد نانومتر میرسد و فرکانس نور فرودی به نانو ذرات فلزی با فرکانس پلاسمون سطحی برابر باشد، یک جذب سلولی قوی در طیف مرئی– فرابنفش مشاهده میشود که منشأ آن تشدید پلاسمون سطحی است و برای طراحی تراشهها و حسگرهای زیستی بهمنظور عکسبرداری درونسلولی مورداستفاده قرار میگیرد.
ما برای بهبود دقت و وضوح در کاربردهای تصویربرداری درونسلولی، ساختار سهبعدی نانو ستاره مطابق شکل - 1 - را بررسی خواهیم کرد چون نانو ستاره دارای نقاط نوکتیز بیشتری نسبت به اشکال دیگراست و ازآنجاییکه الکترون تمایل دارد در نقاط نوکتیز تراکم بیشتری داشته باشد، بنابراین شدت میدان در این نقاط بیشتر است که بهاصطلاح به این نقاط، نقاط گرم6 میگوییم درنتیجه قلهی جذب در پهنای فرکانسی بزرگتری قابلارائه است.[5]
2؛-3 مقایسهی قلهی جذب پلاسمون سطحی در سه محیط دیالکتریک متفاوت
در شبیهسازی ما اندازهی هر پرهی نانو ستاره را 50nm و شعاع کرهی مرکزی برای نانو ستاره را 30nm در نظر گرفتهایم و نانو ستاره 10 پره است. ما در سه محیط دیالکتریک متفاوت عملکرد نانو ستاره را بررسی میکنیم. ضریب دیالکتریک هوا برابر یک و ضریب دیالکتریک آب 1/7 است ولی ضریب دیالکتریک برای بیرونیترین لایهی پوست انسان - اپیدرم - بسته به ضخامت پوست و فرکانس نور فرودی تقرباًی بین 1/41 تا 1/49 است و ضریب دیالکتریک برای درونیترین لایهی پوست - درم - تقرباًی بین 1/36 تا 1/41 است.
ما نانوپروب برای حسگرهای زیستی طراحی میکنیم بنابراین درونیترین لایهی پوست را در نظرمی گیریم همچنین نور فرودی ما در شبیهسازی یک منبع گوسی در محدودهی نور مرئی است پس ضریب شکست 1/41 برای پوست در محدودهی نور مرئی را در نظر میگیریم و شبیهسازیهایمان را بر اساس آن انجام میدهیم. همانطور که در شکل - - 3 مشاهده میکنید قلهی جذب در محیط دیالکتریک آب بزرگتر از هوا و پوست انسان است چون ضریب دیالکتریک آب بیشتر از هوا و پوست انسان است، طبق فرمول - 1 - زمانی که ضریب دیالکتریک افزایش مییابد فرکانس تشدید کاهشیافته و طولموج افزایش مییابد یعنی به سمت طولموجهای بزرگتر جابجا میشود.
درنتیجه با بزرگتر شدن ضریب دیالکتریک، قله به سمت ناحیه - NIR - - محدودهی 700 نانومتر تا 2500 نانومتر - جابجا میشود بهطوریکه قلهی جذب برای آب و پوست انسان به ترتیب در 850 و 763 نانومتر مشاهده میشود که در محدودهی - NIR - است. علت مرغوبیت جابجایی قرمز در عکسبرداری درونسلولی این است که ما میخواهیم با استفاده از نور فرودی با فرکانس کم، قلهی جذب در محدودهی فرکانسی نور مرئی داشته باشیم تا به سلولهای بدن آسیب کمتری وارد شود.
