新しいナノテクノロジーにより、空気、液体、生体組織中の不純物の化学組成と構造が特定される

2023年7月31日

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バース大学による

従来の検査技術を使用すると、ナノプラスチック、大気汚染物質、生体や天然素材中の微生物などの有害な汚染物質を検出するのは困難であり、場合によっては不可能です。 これらの汚染物質は、検査で確実に検出できないほど微量に検出されることがあります。

ただし、これはすぐに変わる可能性があります。 新しいナノテクノロジー（光の「ねじれた」状態に基づく）により、空気、液体、生きた組織のサンプル中の不純物の化学組成とその幾何学的形状の識別が容易になることが期待されています。

バース大学の物理学者が率いる国際科学者チームがこの技術に貢献しており、新しい環境モニタリング方法や先進医療への道を開く可能性があります。 彼らの研究は、Advanced Materials 誌に掲載されています。

新しい化学検出技術は、ラマン効果として知られる光と物質の相互作用に基づいています。 ラマン効果は、特定の色の光で照らされた材料が散乱し、光を多数のわずかに異なる色に変えるときに発生します。 基本的に、材料内の原子がどのように振動するかに応じて小さな虹が生成されます。

分子結合には明確な振動パターンがあるため、ラマン虹の色を測定すると、個々の原子結合が明らかになります。 マテリアル内の各結合は、照明の色とは異なる独自の色の変化を生み出します。 全体として、ラマン虹の色は、環境汚染物質の混合物中に見られるような複雑な分子の化学組成 (化学結合) を検出、分析、監視するのに役立ちます。

「ラマン効果は、農薬、医薬品、抗生物質、重金属、病原体、細菌を検出するのに役立ちます。人間の健康や気候に影響を与える個々の大気中のエアロゾルの分析にも使用されます」とバース大学物理学科のロビン・ジョーンズ博士は述べています。研究の筆頭著者は誰ですか。

さらに、共著者である中国の復旦大学環境科学部のLiwu Zhang教授は、「水質汚染物質は、たとえ微量であっても、生物学的連鎖を通じて生物体内に蓄積する可能性がある。これは人間の健康と動物福祉に脅威をもたらす」と述べた。一般に、複雑な混合物の化学組成を正確に知ることは非常に困難です。」

この研究を主導したバースのベンツィスラフ・ヴァレフ教授は、「環境中の複雑で潜在的に有害な汚染物質を理解することは、それらを無害な成分に分解する方法を学ぶために必要である。しかし、それがどのような原子であるかがすべてではない」と付け加えた。原子の配置方法は非常に重要であり、特に生物体内で分子がどのように機能するかを決定することがあります。

「私たちの研究は、ラマン効果によって空間内の原子の配置方法を知ることができる新しい方法を開発することを目的としています。そして今、私たちは金で作られた小さな螺旋形のアンテナを使用する重要な技術的一歩を踏み出しました。」

ラマン効果は非常に弱く、色の変化を受けるのは 1,000,000 個の光子 (光の粒子) のうち 1 個だけです。 それを強化するために、科学者は入射光を分子に導くナノスケールで製造された小型アンテナを使用します。 多くの場合、これらのアンテナは貴金属で作られており、その設計はナノ加工能力によって制限されます。