יחד עם התגברות העניין של השימוש בננו-חלקיקים למגוון תחומים, החל מחומרים נוגדי-חיידקים, עבור לדימות רפואי וכלה בהתקנים אלקטרוניים, הצורך בהבנת הסיכונים הסביבתיים, הבריאותיים והבטיחותיים של חלקיקים אלו מתגבר אף הוא. חוקרים מהמכון הלאומי לטכנולוגיה ותקנים (NIST) פיתחו תהליך פשוט לייצור ננו-גבישים שיאפשרו לערוך מחקרים לגביי תכונות כימיות ופיסיקאליות מסוימות האחראיות לפעילותם של ננו-חלקיקים אלו עם הסובב אותם.
מאחר וננו-חלקיקים מתנהגים אחרת מאשר צורות נפחיות של אותו החומר, חייבים לפתח בדיקות חדשות לבחינת השפעתם על מערכות ביולוגיות. טוקסיקולוגים (מומחים לרעלים) קובעים את הסכנות שמקורן בננו-החלקיקים באמצעות החדרתם למערכות ביולוגיות וניטור ההשפעות שלהם עליהן, אולם חסרה להם כיום סדרת חלקיקי ייחוס שגודלם, צורתם והרכבם הוכנו ונקבעו כנדרש.
במאמר חדש, שפורסם בכתב-העת המדעי Angewandte Chemie, מדענים מהמכון מתארים תהליך חד-שלבי המאפשר להם לשלוט בגודל, בצורה ובהרכב של ננו-גבישים של סגסוגת זהב/נחושת תוך קבלת ננו-קובייה בעלת פאות מושלמות בגודל של 3.4 ננומטרים – כמחצית מעובייה של קרומית תא ביולוגי ובאותו סדר גודל כמו של הדנ”א.
החוקרים ערבבו וחיממו חומרי-מוצא לזהב ולנחושת עם כימיקלים אחרים לקבלת ננו-קוביות מושלמות, אחידות וגבישיות, תוך ניצולת גבוהה. בכדי לבחון את תהליך הייצור, הם לקחו דגימות לאחר שעה, שעה וחצי, חמש שעות ועשרים וארבע שעות וגילו כי מספיקות חמש שעות בלבד בכדי להכין ננו-חלקיקים בצורת קובייה מושלמת בעלי גודל אחיד. באמצעות כיונון הכמויות היחסיות של חומרי-המוצא הכימיים ושל זמן התגובה, הם הצליחו לשלוט במדויק בגודל, בצורה ובהרכב של ננו-הקוביות. התהליך ייחודי בכך שהוא מאפשר שליטה ביחס של אטומי הזהב לעומת אטומי הנחושת בתוככי הננו-קובייה כך שיהיה 3:1 או 1:3.
“זהו תהליך פשוט, ולמיטב הכרתנו הוא הראשון אי-פעם המשתמש בכימיה סינתטית בגישה של “מלמטה למעלה” לייצור של ננו-קוביית זהב בגודל שהוא מתחת לחמישה ננומטרים. כל הכנת מבנה שקטן מעשרה ננומטרים הייתה מאתגרת בשל התנהגותם המשתנה של אטומי הזהב,” אומר הפיסיקאי R. Hight Walker, שהיה אחד מכותבי המאמר.
התהליך החדשני להכנת ננו-קוביות כאלה יאפשר לטוקסיקולוגים לשנות באופן שיטתי כל פעם אחד ממאפייניה של ננו-הקובייה ולמדוד את השפעתו של שינוי זה על התגובה הביולוגית, אם בכלל.
סינתזה זו, וננו-הקוביות האיכותיות המתקבלות באמצעותה, יוכלו לשמש ביישומים אחרים בתחומים כגון אנרגיה סולארית, אומר החוקר. “באופן רגיל, אנו לא מסוגלים להכין כמויות גדולות של דוגמאות בעלות איכות גבוהה לשם ניסויים; כעת אנו כן מסוגלים.”
ננו-הקוביות המושלמות נבדלות מננו-קוביות אחרות הידועות בספרות המדעית, מציין החוקר. הפאות החדות, בניגוד לפאות קטומות או מעוגלות, תאפשרנה כימייה שונה, פעילה יותר, שתוכל להביא תועלת ביישומים כגון זרזים – שבאמצעותם הננו-קוביות יוכלו לשמש לייזום או להאצת תגובות כימיות.
