2022-05-27 17:05:25
Dr Hanay ve Grubu, Nano Dünyayı Araştırmak İçin Çığır Açan Çip Teknolojisini İcat Etti

Nanobilim ve nanoteknolojinin önde gelen dergilerinden biri olan ACS Nano'nun geçen ayki sayısının ön kapağında, Hanay araştırma grubunun yeni bir ölçüm tekniğine ilişkin son buluşlarını açıklayan bir makalesi yer aldı. Makalede özetlenen çalışma, ilk kez atmosferik koşullar altında tekli nanoparçacıkların ve virüslerin tartılmasını gösterdi.

Tanımlama için moleküler yapıların tartılması olan kütle spektrometrisi, önemli bir biyolojik ve çevresel tekniktir. Kütle spektrometreleri ilk olarak J.J. Thompson bir asırdan fazla bir süre önce; bugüne kadarki tüm versiyonlar sadece vakum koşullarında çalışabilmiştir. Ancak bir vakum oluşturmak, önemli maliyet ve alan gerektiren hacimli ve pahalı pompalar, hazneler ve diğer bileşenleri gerektirir, dolayısıyla tekniğin kullanımını sınırlar.

Bilkent'in çığır açan buluşu burada devreye giriyor. Yeni teknik, nanoparçacıkların kütlesini mekanik rezonans yoluyla ölçebilen, gelişmekte olan bir sensör teknolojisi olan nanoelektromekanik sistemler (NEMS) kullanıyor. NEMS bu nedenle bir çip üzerinde tamamen işlevsel kütle spektrometreleridir. Ancak, bu tip kütle spektrometresi küçük bir sensörden oluştuğu için, analit nanoparçacıklarının ona etkin ve verimli bir şekilde taşınması aşılmaz bir zorluk oluşturmuştur. Hanay grubu, nanoparçacıkları küçük NEMS yüzeyinde verimli bir şekilde taşıyabilen ve odaklayabilen çip üzerinde kendi kendine odaklanan bir lens icat ederek bu zorluğu çözdü.

Makalenin baş yazarı Tufan Erdoğan, “Çalışmamız NEMS kütle spektrometrelerinin vakum odasının dışında hızlı kütle ölçümleri yapmasını sağlıyor” dedi. "Sonuç olarak, gelecekte NEMS'in laboratuvar dışında, sahada da performans göstermesi için kapıyı açtık."

Doktora öğrencisi ve makalenin bir başka birincil yazarı olan Mohammed Alkhaled, araştırma ekibinin "kutunun dışında" bir yaklaşım kullanarak nanopartiküller-NEMS-sensör taşıma sorununu çözmeye başladığını kaydetti. "Bu çalışmada kullanılan teknik, basit ama çok etkili olduğu ortaya çıktı" dedi.

Genç yüksek lisans öğrencisi ve yardımcı yazar Batuhan Emre Kaynak, ekibin tekli nanoparçacıkları ve virüsleri tartmaya yönelik “basit ama hassas yaklaşımının”, verimsizlik ve hacimli, pahalı ekipman gibi birçok dezavantajdan kaçınırken, tamamen atmosferik koşullar altında çalışmasına izin verdiğini gözlemledi.

Marie Skłodowska-Curie COFUND üyesi ve makalenin bir başka birincil yazarı olan Dr. Hashim Alhmoud, çalışmayı bir perspektife oturtarak, “İyon odaklamaya yönelik bu yaklaşımın basitliği ve etkinliği son derece zarif. Bu, bir çip üzerine entegre edilmiş, tamamen işlevsel, kendinden eğimli bir iyon lenstir. Bunun patojen tarama dünyası ile sınırlı olmayan, aynı zamanda çevresel algılama, hızlı farmasötik ilaç keşfi, yerinde adli tıp iz analizi ve belki de jeoloji ve uzay bilimi için önemli etkileri olacağına inanıyorum. Vakum gereksinimlerinin ortadan kaldırılması, şüphesiz yakın gelecekte gerçek el tipi kütle spektrometrelerine yol açacaktır. Bu çok heyecan verici bir zaman.”

Kritik nanofabrikasyon desteği SUNUM (Sabancı Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi) tarafından sağlandı. ODTÜ MEMS, Sabancı Üniversitesi FENS ve Ankara Üniversitesi Viroloji Bölümü ve Biyoteknoloji Enstitüsü'nden Prof. Aykut Özkul ile daha fazla işbirliği, çalışmanın kurulmasına yardımcı oldu. Çalışma TÜBİTAK ve Avrupa Araştırma Konseyi tarafından desteklenmiştir.

“Nanoelektromekanik Sistemlerle Tek Virüslerin ve Nanopartiküllerin Atmosferik Basınç Kütle Spektrometrisi” başlıklı makale, ACS Nano'nun Mart 2022 sayısında yayınlandı.