تخيل بلورة يتغير لونها فور ملامستها لمادة ملوثة، كاشفة عن وجودها في اللحظة نفسها تقريباً! هذا ما نجح في تطويره علماء من معهد شيبورا للتكنولوجيا (SIT) في اليابان، عبر بلورة ذكية قادرة على الكشف الفوري عن الملوثات من خلال تغيّر لونها.
وبحسب ما نقله موقع “إنتريستنغ إنجينيرينغ”، فإن العلماء صمموا جزيئاً جديداً يُدعى “مشتق البيرازيناسين”، يُمكنه رصد مادة النفثالين، وهي ملوّث معروف في الهواء والماء. وتتميّز البلورة بتغيّر لونها من الأزرق المُخضّر إلى الأحمر البنفسجي، بمجرد تعرضها لهذا المركّب الكيميائي.
تغيّر لوني قابل للعكس
اللافت في هذا الابتكار أن التغيّر في اللون قابل للعكس؛ إذ يمكن للبلورة أن تعود إلى لونها الأصلي عند إزالة الملوّث.
ووفق الباحثين، يمكن استخدام البلورة مرات متعددة، ما يجعلها واعدة في تطوير أجهزة استشعار بيئية منخفضة التكلفة، لحماية صحة الإنسان والبيئة.
وقال فريق البحث: “بلورتنا قادرة على التفاعل مع النفثالين وإحداث تغيّر لوني واضح وقابل للعكس، ما يمنحها تطبيقات محتملة متعددة في مجالات علوم المواد والاستشعار البيئي”.
تكنولوجيا نقل الشحنة داخل البلورة
لفهم سر عمل هذه البلورة الذكية، لا بد من التطرق إلى تقنية “نقل الشحنة” أو حركة الإلكترونات، والتي تؤثر على لون المادة. هذا النقل قد يحدث داخل الجزيء نفسه (ICT)، كما في الأصباغ وشاشات OLED، أو بين جزيئات مختلفة (CT)، كما في الخلايا الشمسية.
غير أن الجمع بين هذين النوعين من النقل في مادة واحدة ظلّ تحدياً صعباً. لكن فريق SIT نجح في تصميم جزيء يحتوي على “مانحات” و”مستقبلات” للإلكترونات، مرتبة حول نواة حلقيّة الشكل، ما سمح للإلكترونات بالحركة داخله وتوليد اللون الأزرق المخضر.
عند تعريض هذا المركب للنفثالين، تشكّلت بلورة جديدة بنسبة 1:1، ما غيّر مسار الإلكترونات ودفع بعضها للانتقال من النفثالين إلى البلورة، وهو ما أحدث تغيراً كبيراً في اللون نحو الأحمر البنفسجي، نتيجة انتقال الشحنة بين الجزيئات.
خطوة نحو جيل جديد من المستشعرات البيئية
الباحث كازوشي ناكادا، قائد الدراسة وطالب الدراسات العليا في المعهد، أوضح أن “تصميم الجزيء يوفّر حالة فريدة من التنافس بين نوعي نقل الشحنة، وهو ما يُمكّن البلورة من رصد كميات ضئيلة جدًا من النفثالين، حتى في بيئات معقّدة مثل المياه العذبة أو المالحة”.
وأثبت الباحثون أن تسخين البلورة إلى 180 درجة مئوية يُخرج النفثالين منها، ويعيدها إلى لونها الأصلي، ما يعزز من قابلية استخدامها المتكرّر.
استخدامات واعدة
ويرى الفريق أن هذه البلورة قد تُستخدم كوسيلة منخفضة التكلفة، للكشف عن الملوثات في الأنهار والمحيطات، أو حتى في الهواء، دون الحاجة لأجهزة استشعار إلكترونية معقّدة. كما يمكن توظيفها في المختبرات، البيئات الصناعية، وأدوات مراقبة التلوث البيئي، مع إمكانية توسيع نطاق البحث لرصد ملوثات أخرى مستقبلًا.
لتصلك آخر الأخبار تابعنا على قناتنا على تلغرام: النعيم نيوز
لمتابعتنا على فيسبوك يرجى الضغط على الرابط التالي: النعيم نيوز
كما يمكنك الاشتراك على قناتنا على منصة يوتيوب لمتابعة برامجنا على: قناة النعيم الفضائية
كما يمكنك أيضا الاشتراك بقناتنا على الانستغرام: النعيم نيوز
