Νέα έρευνα του Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ του ΙΤΕ φιλοδοξεί να συνεισφέρει σε επαναστατικές στρατηγικές οι οποίες στοχεύουν στην εξολόθρευση καρκινικών κυττάρων, με την αύξηση της θερμοκρασίας τους. Πρόσφατες έρευνες αποκάλυψαν ότι η χρήση βελτιστοποιημένων νανοκρυστάλλων (δηλαδή μικροσκοπικών σωματιδίων, χιλιάδες φορές μικρότερων από ένα κόκκο σκόνης), που εγχέονται σε καρκινικό ιστό και θερμαίνονται από εξωγενή ερεθίσματα (π.χ. κάποιο μαγνητικό πεδίο), ανοίγει τον δρόμο για νέες πρωτοποριακές θεραπείες. Ταυτόχρονα, η μέθοδος αυτή συμβάλλει αποτελεσματικά στη μείωση της τοξικότητας των αντικαρκινικών θεραπειών. Μέχρι σήμερα, για τον σκοπό αυτό, οι επιστήμονες χρησιμοποιούσαν υλικά με τέλεια δομή.
Η νέα ερευνητική μελέτη του Ινστιτούτου έρχεται να προσθέσει νέα σημαντικά στοιχεία στην ανακάλυψη αυτή: όταν οι μικροσκοπικοί κρύσταλλοι αποκτήσουν τις κατάλληλες ατέλειες στη δομή τους, ρυθμίζουν τις ηλεκτρονικές τους ιδιότητες με τρόπο που ευνοεί τη μετατροπή της ενέργειάς τους σε θερμότητα. Οι χρήσιμες φυσικές ιδιότητες προκύπτουν όταν «διαταράσσεται» η ατομική δομή του κρυστάλλου, με τη δημιουργία «ατελειών», όπως π.χ. κενών θέσεων, στην άριστα οργανωμένη δομή τους. Ένα τέτοιο σύστημα νανοκρυστάλλων, κατά τη διέγερσή του από ένα εξωτερικό μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, εκλύει περισσότερη θερμική ενέργεια. Το εντυπωσιακό αυτό χαρακτηριστικό ανοίγει νέους δρόμους για έξυπνες εφαρμογές, μεταξύ άλλων, στην υγεία, την ενέργεια, τους αισθητήρες, κ.α.
Η σχετική έρευνα, με τίτλο «Vacancy-driven Non-cubic Local Structure and Magnetic Anisotropy Tailoring in FexO-Fe3-δO4 Nanocrystals», δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Physical Review X.
Για την υλοποίηση αυτής της ερευνητικής αποστολής, ο Δρ. Αλέξανδρος Λάππας, Φυσικός, Διευθυντής Ερευνών στο ΙΗΔΛ-ΙΤΕ, συντόνισε ένα διεπιστημονικό δίκτυο συνεργασίας Ευρωπαϊκών και Αμερικανικών επιστημονικών ομάδων.
Κλειδί στην παρούσα ανακάλυψη αποτέλεσε η χρήση εξαιρετικά ισχυρής ακτινοβολίας φωτός που παράγεται κατά την επιτάχυνση σωματιδίων, στις υποδομές μεγάλων ερευνητικών εγκαταστάσεων (NSLS-II, BNL, ΗΠΑ). Το ισχυρό αυτό φως, σαν ένας εξαίρετης απεικονιστικής ικανότητας μεγεθυντικός φακός, καταγράφει τη διάταξη των ατόμων, προβάλλοντας με μοναδικό τρόπο την όποια μικρή ατέλεια και παραμόρφωση στον κρύσταλλο.
«Η μεταβολή της συμμετρίας, λόγω κενών θέσεων στο πλέγμα, τροποποιεί τη μαγνητική απόκριση του νανοκρυστάλλου προς την ευνοϊκή κατεύθυνση. Λόγω της αταξίας που προκαλείται στη δομή του, γίνεται πιο δύσκολη η συλλογική χαλάρωση των στοιχειωδών μαγνητών που τον αποτελούν. Αυτή η αξιοσημείωτη ιδιότητα επιτρέπει τη σχεδόν δεκαπλάσια έκλυση θερμικής ενέργειας, σε σχέση με άλλα νανοϋλικά που στερούνται δομικών ατελειών. Η αντίσταση που υφίστανται οι στοιχειώδεις μαγνήτες θυμίζει εκείνη ενός σώματος, που καθώς προσπαθεί να διέλθει μέσα από ένα ρευστό, επιβραδύνεται ταχύτατα όσο αυξάνει η πυκνότητa του μέσου, και έτσι η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα», εξηγεί ο Αλέξανδρος Λάππας, επικεφαλής του εργαστηρίου Κβαντικών Υλικών και Μαγνητισμού στο ΙΗΔΛ-ΙΤΕ.
Η εν λόγω έρευνα αναδεικνύει ευρύτερα τη δυνατότητα ελέγχου της δομής σε ατομική κλίμακα, μέσω της ρύθμισης των ατελειών. Η οδός αυτή μπορεί να αποτελέσει παράμετρο σχεδιασμού δυνητικά πολυ-λειτουργικών νανοϋλικών, με καθορισμένες μαγνητικές ιδιότητες και σκοπό τη βελτίωση της δράσης τους ως διαγνωστικά και θεραπευτικά εργαλεία ταυτοχρόνως.
Κάνε like στη σελίδα μας στο Facebook
Ακολούθησε μας στο Twitter
Κάνε εγγραφή στο κανάλι μας στο Youtube
– Αναφέρεται ως πηγή το ertnews.gr στο σημείο όπου γίνεται η αναφορά.
– Στο τέλος του άρθρου ως Πηγή
– Σε ένα από τα δύο σημεία να υπάρχει ενεργός σύνδεσμος