رفتن به مطلب

پست های پیشنهاد شده

به نوسانات الکترون های آزاد یک محیط پلاسمایی، پلاسمون می‌گویند. اگر این الکترون ها درون حجم یک فلز قرار داشته باشد به آنها پلاسمون های حجمی گفته می شود.

[h=2]در یک نمای کلاسیکی پلاسمون ها می توانند به عنوان یک نوسان چگالی الکترون های آزاد نسبت به یون های مثبت در یک فلز توصیف شوند. برای روشن شدن مطلب یک مکعب فلزی را تصور کنید که در یک میدان الکتریکی که جهت آن از چپ به راست می باشد قرار دارد. الکترون ها به سمت چپ حرکت میکنند (یون های مثبت را در سمت راست باقی می گذارند) تا زمانی که میدان را درون فلز خنثی کنند. اگر میدان الکتریکی برداشته شود الکترون ها به طرف راست حرکت می کنند ِیکدیگر را دفع میکنند و بوسیله یون های مثبت جذب میشوند. الکترون ها در فرکانس پلاسما به جلو و عقب می روند تا زمانی که انرژی آنها در یک فرایند مقاومتی یا استهلاکی تمام شود. پلاسمون ها کوانتوم این نوع نوسان ها می باشند.[/h][h=2]وظیفه پلاسمون‌ها[/h]پلاسمون نقش عمده‌ای در خواص نوری فلزات دارد. نور با فرکانس، زیر فرکانس پلاسما بازتاب می‌شود، زیرا الکترون‌ها در فلز میدان الکتریکی نور را نمایش می‌دهند. نور با فرکانس، بالای فرکانس پلاسما عبور می‌کند، زیرا الکترون ها نمی توانند به اندازه کافی سریع به نمایش آن‌ها پاسخ دهند. بسیاری از فلزات، که فرکانس پلاسما آن‌ها درناحیه ماورای‌بنفش است، و در ناحیه مرئی براق (بازتابنده) هستند. برخی از فلزات، مانند مس و طلا، در ناحیه مرئی دارای گذارهای باند الکترونی هستند، در نتیجه انرژی‌های نوری خاص (رنگ ها) جذب می‌شوند. در نیمه‌هادی‌ها، فرکانس پلاسما الکترون ظرفیت معمولا در اعماق ماوراء بنفش است، که به همین دلیل آنها نیز بازتابنده هستند.

انرژی پلاسما را معمولا در مدل الکترون آزاد می‌توان به‌صورت

dcdada5a200d2f63658596eb36b541ae.pngتقریب زد، که 7b8b965ad4bca0e41ab51de7b31363a1.png چگالی الکترون رسانش، e1671797c52e15f763380b45e841ec32.png بار اصلی، 6f8f57715090da2632453988d9a1501b.png جرم الکترون، c224f6cb978d975f587c4a2f9e1db179.png گذردهی خلا، 9dfd055ef1683b053f1b5bf9ed6dbbb4.png ثابت پلانک و 8488fc7d3b7bd0ef8a88ee3aea8ada01.png فرکانس پلاسما است.

[h=2]پلاسمون‌های سطحی[/h]به پلاسمون‌های تشکیل شده در سطح مشترک یک فلز و دی الکتریک پلاسمون‌های سطحی می‌گویند.پلاسمون‌های سطحی، پلاسمون‌های محدود شده به سطح هستند و به شدت با نور ناشی از پلاریتون‌ها واکنش می‌دهند. آن‌‌ها در فصل مشترک بین خلاء و مواد با ثابت دی الکتریک موهومی کوچک مثبت و حقیقی بزرگ منفی (معمولا فلز و دی الکتریک آلاییده) رخ می دهد. آن‌ها در اسپکتروسکوپی رامان افزایشی سطح و در توضیح ناهنجاری‌ها در پراش از توری‌های فلزی (ناهنجارهای چوب)، در میان چیزهای دیگر نقش ایفا می‌کنند. بیوشیمیدان‌ها از رزونانس‌ پلاسمون سطحی برای مطالعه مکانیسم‌ها و جنبش‌های لیگاندهای متصل به گیرنده‌ها (یعنی اتصال ماده زمینه به آنزیم) استفاده می‌کنند.

 

 

اخیراً پلاسمون‌های سطح برای کنترل رنگ‌های مواد استفاده می‌شوند. این ممکن است زیرا کنترل شکل و اندازه ذره، انواع پلاسمون‌های سطح را تعیین می‌کند که می‌توانند با آن جفت شوند و در میان آن منتشر شوند. بنابراین، واکنش نور با سطح را کنترل می‌کند. این اثرات در شیشه‌های رنگی قدیمی به‌کاربرده شده در کلیساهای قرون وسطی دیده می‌شود. در این مورد، نانوذرات فلز با اندازه ثابت که با میدان اپتیکی واکنش می‌دهند، باعث تغییرات رنگ در شیشه می‌شوند. در علم مدرن، این اثرات هم برای نور مرئی و هم برای تابش ماکرویو مهندسی شده است. بیشتر مطالعات در ناحیه ماکرویو است، زیرا در این طول‌موج سطوح مواد به‌طور مکانیکی طرح‌هایی در اندازه‌های چندین سانتیمتر ایجاد می‌کنند.برای تولید اثرات نوری پلاسمون سطح، به سطوح ۴۰۰ نانومتر نیاز است. این بسیار سخت است و اخیراً به روش‌های معتبر یا سودمند ممکن است.

[h=2]کاربردهای ممکن[/h]موقعیت و شدت پیک‌های جذب و گسیل پلاسمون، متأثر از جذب سطحی مولکول‌ها هستند، که در حسگرهای مولکولی می‌توانند استفاده شوند. برای مثال، به طورکاملاً عملیاتی دستگاه نمونه اولیه تشخیص کازئین موجود در شیر ساخته شده است. دستگاه براساس شناسایی تغییر در جذب لایه طلا کار می‌کند. پلاسمون‌های سطحی موضعی نانوذرات طلا می‌توانند برای شناسایی انواع مختلف مولکول‌ها، پروتئین‌ها و غیره استفاده شوند.

هم اکنون از پلاسمون به عنوان وسیله ای برای انتقال اطلاعات بر روی تراشه های کامپیوتری استفاده می‌شود، زیرا پلاسمون‌ها می‌توانند برای فرکانس‌های بسیار بالا درنظرگرفته شوند (تا محدوده ۱۰۰ تراهرتز، درحالیکه سیم های معمولی در ده گیگاهرتز بسیار پراتلاف هستند). برای الکترونیک مبتنی بر پلاسمون، (plasmonster) می‌توانند مفید باشد.

پلاسمون‌ها همچنین به عنوان وسیله ای برای لیتوگرافی با رزولوشن بالا و میکروسکوپی با طول موج های بسیارکوچک ارائه شده اند. هر دو این کاربردها با‌موفق در محیط آزمایشگاهی اثبات می‌شود. درنهایت، پلاسمون‌های سطحی دارای ظرفیت‌های منحصربه فردی برای محدود کردن نور به ابعاد بسیار کوچک که می‌تواند بسیاری از کاربردهای جدید را ممکن سازد، هستند.

پلاسمون‌های سطحی به خواص موادی که بر‌روی آن‌ها منتشر می‌شوند، بسیار حساس هستند. این امر به استفاده از آنها برای اندازه گیری ضخامت تک لایه‌ها در فیلم‌های کلوئیدی، مانند غربالگری و تعیین وقایع پروتئین، منجر‌شده است. شرکت هایی مانند Biacoreدارای ابزارات تجاری که با این اصول عمل می‌کنند، هستند. پلاسمون‌های سطحی نوری برای بهبود ترکیب بررسی شده اند. در سال ۲۰۰۹، یک تیم تحقیقاتی کره‌ای راهی برای بهبود بهره‌وری دیود ساطع نورآلی، با استفاده از پلاسمون، پیدا کردند.

لینک ارسال

نانوآنتن‌ها می‌توانند برای تولید امواج الکترونیکی سطحی موسوم به "پلاسمون سطحی" به‌کار گرفته شوند. برای این کار باید امواج الکترومغناطیس را در سطح تماس نانوساختارهای فلزی (معمولا طلا) و یک دی الکتریک (معمولا هوا) محدود کرد.

زمانی که فرکانس نوسان پلاسمون ایجاد شده با امواج الکترومغناطیسی برخوردی همسان باشد آنگاه پدیده "تشدید پلاسمون سطحی محلی" (LSPR) اتفاق می‌افتد. با این کار، میدان الکترومغناطیس در فضایی بسیار کوچک در حدود ۱۰۰ نانومتر مکعب متمرکز می‌شود. هر جسمی که وارد این منطقه، موسوم به نانوفوکوس، شود روی LSPR تاثیر می‌گذارد.

پژوهشگران از این روش استفاده کردند تا بتوانند اتم‌ها یا ذرات منفرد را شناسایی کنند. آنها یک چیدمان جدید ارائه کردند که در آن یک نانوذره پالادیوم را در منطقه فوکوس ایجاد شده توسط نانوآنتن، قرار دادند. برهمکنش میان طلا و نانوذره پالادیوم می‌تواند منجر به تولید LSPR شود به‌طوری که هر ذره‌ای که به نزدیکی این منطقه آورده شود عملکرد دی‌الکتریک ذره پالادیوم را تغییر می‌دهد. پرتو پراش یافته بوسیله این سیستم میکروسکوپ میدان تاریک ضبط شده و می‌توان با آن تغییر LSPR را رصد کرد.

[h=1]کاربرد در اندازه‌گیری اپتیکی از فعالیت سلول‌های عصبی کاربرد [/h][h=2][/h]بدست آوردن سیگنال‌های عصبی، روش مهمی برای تفسیر رفتار نورون‌ها در عضوهای مصنوعی بدن می‌باشد. عمدتا میکرو الکترودها برای بدست آوردن سیگنال‌های عصبی خارجی به کار می‌روند. این سیگنال‌ها هنگامیکه تحریک مصنوعی الکتریکی به کار می‌رود بدست می‌آیند. همچنین فلوئورسانس حساس به ولتاژ روشی اپتیکی برای بدست آوردن سیگنال‌های عصبی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بر خلاف شناسایی الکتریکی، اگرچه رنگ‌های فلوئورسانسی گران قیمت، سمی و نشاندار کردن طولانی مدت هستند اما ثبت اپتیکی نیاز به تحریک مصنوعی ندارد. مشخصات درونی اپتیکی در اعصاب غیر پستانداران، توسط روشی با تحریک غیر مصنوعی و بدون نشاندار کردن اپتیکی انجام می‌شود. دستگاه عصبی انسان: دستگاه عصبی انسان از دو نوع سلول تشکیل شده‌است:

  • الف: نورون ب: ژیلا

اجزا اصلی نورون‌ها شامل دندریت، سوما، اکسون و پایانه‌های پیش سیناپسی است. پالس عصبی: پالس عصبی یک پیام الکتریکی است که از اکسون یک نورون منتقل می‌شود. سرعت یک پالس عصبی ۱متر بر ثانیه تا ۱۰ متر بر ثانیه می‌باشد. نورون‌ها پیام عصبی را به صورت الکتریکی شیمیایی می‌فرستند. این به این معناست که مواد شیمیایی که به صورت یونی هستند، باعث تولید سیگنال‌های عصبی هستند. یون‌های مهم در سیستم عصبی سدیم و پتاسیم (هر دو یک بار مثبت)، کلسیم(دو بار مثبت) و کلراید(یک بار منفی) هستند. همچنین یک سری مولکول‌های پروتئینی با بار منفی نیز وجود دارند. غشا دور سلول عصبی از گرادیان الکتریکی(اختلاف بار الکتریکی درون و بیرون سلول) محافظت می‌کنند. به این معنی که این غشا تنها اجازه عبور برخی یون‌ها را می‌دهد. هنگامیکه نورون سیگنالی نمی‌فرستد یعنی در حالت استراحت است. حالت یک سلول عصبی قبل از ارسال پالس، پتانسیل استراحت نورون تعریف می‌شود. در این حالت داخل نورون نسبت به بیرون آن منفی تر است. اگرچه چگالی یون‌های مختلف در پی این هستند که بار الکتریکی دو طرف غشا را برابر کنند اما نمی‌توانند زیرا که غشا تنها اجازه عبور برخی یون‌ها را می‌دهد. در حالت استراحت، پتانسیل ۷۰- میلی ولت است. در این حالت بیشتر یون سدیم خارج غشا هستند و بیشتر یون پتاسیم داخل آن. پتانسیل فعال هنگامی اتفاق می‌افتد که نورون در حال ارسال اطلاعات باشد. این پتانسیل قطبیدگی را به هم می‌ریزد. یعنی محرکی باعث می‌شود پتانسیل استراحت تبدیل به صفر میلی ولت شود. پتانسیل فعال به علت تغییر یون‌ها در دو طرف غشا به وجود می‌آید. یک تحریک ابتدا باعث می‌شود کانال‌های سدیم باز شوند. به علت اینکه تعداد سدیم خارج غشا بیشتر است یون‌های سدیم به درون حمله ور می‌شوند بنابراین بار نورون مثبت تر می‌شود. مدت زمانی که طول می‌کشد تا کانال پتاسیم باز شود بیشتر طول می‌کشد اما هنگامیکه باز شوند یون‌های پتاسیم به بیرون حمله ور می‌شوند. در این هنگام کانال سدیم بسته می‌شود. ولی کانال پتاسیم همچنان باز است. در نتیجه دوباره پتانسیل به -۷۰ میلی ولت می‌رسد.

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.

هنگامیکه پتانسیل فعال درون اکسون منتشر می‌شود، تغییر جهت دو قطبی‌ها در سراسر غشا، ضریب شکست غشا را تغییر می‌دهد. همچنین انتشار پتانسیل فعال، باعث به وجود آمدن اختلاف در نفوذ پذیری غشا می‌شود که منچر به ورم کردن سلول می‌شود. این تغییر در ضریب شکست و میکروآناتومی سلول عصبی منجر به تغییر در پراکندگی نوری می‌شود.

[h=2]تشدید الکترون‌های آزاد سطحی:[/h]هنگامیکه الکترون‌های لایه ظرفیت که با یکدیگر نوسان می‌کنند با نوری که برای برانگیخته کردن آنها استفاده می‌شود هم فرکانس شوند در نتیجه تشدید رخ می‌دهد. تشدید الکترون‌های آزاد سطحی پایهٔ بسیاری از ابزارهای استاندارد اندازه گیری جذب سطحی مواد روی سطح فلزات تخت است. سنسور تشدید الکترون‌های آزاد سطحی، از امواج الکترومغناطیسی که در خط اتصال رسانا عایق منتقل می‌شود استفاده می‌کند این سنسور روی سطح بسیار نازک رسانایش اندازه گیری‌های کوچک حجم را انجام می‌دهد. این ویژگی سنسور تشدید الکترون‌های آزاد سطحی برای شناسایی رفتار سیول‌های عصبی بسیار مناسب است. زیرا که پتانسیل‌های فعال با تغییر بسیار کوچک در حجم سلول و تغییر موضعی ضریب شکست همراه هستند. در مطالعات امروزه حسگر تشدید الکترون‌های آزاد سطحی به عنوان ابزاری مصنوعی و بدون نشاندار کردن برای ثبت فعالیت‌های سلول عصبی غیر پسدانداران به کار می‌رود. این روش برای بدست آوردن تغییرات اپتیکی در خط مرز طلا عصب و مقایسه دریافت‌های اپتیکی و دریافت‌های الکتریکی که به طور همزمان انجام می‌شوند به کار می‌رود. این روش بدون میانگین گیری سیگنال به اندازهٔ کافی حساس است.

[h=3]روش کار[/h]الف: ابتدا سر یک فیبر نوری را به شکل مخروطی درست می کنندشکل مخروطی فیبر باعث افزایش اندازهٔ موج ناپایدار به وجود آمده می‌شود. همچمین عمق نفوذ نیز افزایش می‌یابد.

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.

برای مخروطی کردن فیبر از اسید اچ اف و روغن سیلیکون استفاده می‌شود. در این روش نوک فیبر حدود ۲/۱ میکرومتر می‌شود. بعد از چهل دقیقه فیبر آماده می‌شود. در این روش اگر فیبر خیلی تیز شود می‌تواند غشا را پاره کند. ب: سیستم بر پایه تشدید الکترون‌های آزاد سطحی را آماده می‌کنند.

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.

این سیستم برای ثبت همزمان سیگنال‌های اپتیکی و الکتریکی در پاسخ به تحریک الکتریکی ساخته شده‌است. الکترودی دقیقا روی انتهای عصب و دیگری روی سر دیگر آن قرار داده می‌شود. اشعهٔ لیزر بین دو الکترود برخورد می‌کند. پاسخ‌های الکتریکی با استفاده از تقویت کنندهٔ دیفرانسیلی ای سی ۱۰۰۰ بار تقویت می‌شود. بدین صورت سیگنال‌های الکتریکی و اپتیکی به طور همزمان ثبت می‌شوند. ج: روی فیبر را با شیشه‌ای برای حفاظت از آن می پوشانند و با اتانول و استون تمیز می‌کنند. همچنین نور یووی را به مدت ده دقیقه به آن می تابانند. د: میزان حساسیت فیبر را توسط تغییر غلظت محلول آب و اتانول می‌سنجند. به این صورت که با تغییر غلظت این محلول، تغییر ولتاژ دستگاه را اندازه گیری می‌کنند و ولتاژ آستانه را بدست می‌آورند. در یک آزمایش ثبت عصبی، عصب سیاتیک یک موش از زانو به نخاع تشریح شدوزن موش حدود ۲۰۰ گرم بود. در این آزمایش تمام بافت‌ها و رگ‌های خونی از بدن موش بیرون آورده شد تا مطمئن شوند رگ سیاتیک به سطح طلا برخورد دارد. رگ‌های عصبی قطع شده به مدت پنج دقیقه در مایع مغزی نخاعی مصنوعی در ۳۷ درجه سانتی گراد قرار داده می‌شود و سپس به اتاقک اندازه گیری منتقل می‌شود. در طول هر آزمایش زنده بودن عصب دائما مونیتوره می‌شود. تصویر زیر ثبت همزمان الکتریکی (طوسی) و اپتیکی(سیاه) پاسخ‌ها را که توسط پالس‌های دو هازی برانگیخته می‌شود را نشان می‌دهد.

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.

محور عمودی برای سیگنال الکتریکی، میلی ولت و برای سیگنال اپتیکی واحد ضریب شکست (آر آی یو) است. پاسخ‌های الکتریکی محرک‌های مصنوعی بزرگتر و پتانسیل فعال کوچکتر دارند. در شکل بالا الف، پاسخ‌های الکتریکی و اپتیکی که در مقیاس زمانی کند تر نشان داده شده‌است رابطهٔ قوی بین آنها را نشان می‌دهد. در قسمت ب مقیاس زمانی تند تر شده و همانطور که مشاهده می‌شود با افزایش شدت تحریک، اندازهٔ پاسخ الکتریکی و اپتیکی نیز افزایش می‌یابد. به قسمتی از عصب سیاتیک مادهٔ لیدوکایین (۲%) به عنوان مسدود کنندهٔ عصب اضافه کردند. لیدوکایین به عنوان یک مسدود کنندهٔ موثر عصبی در موش شناخته می‌شود. پاسخ‌های الکتریکی و اپتیکی که از نمونه گرفته شد در شکل زیر نشان داده شده‌است.

محتوای مخفی

    برای مشاهده محتوای مخفی می بایست در انجمن ثبت نام کنید.

وابستگی پاسخ اپتیکی و دامنهٔ تحریک و لیدوکایین اگرچه که بین پاسخ اپتیکی و الکتریکی تفاوت‌هایی مشاهده می‌شود اما اثبات می‌کند که پاسخ اپتیکی از فعالیت عصبی نشات می‌گیرد. پتانسیل آستانه برای تحریک نوری کمی بزرگتر از تحریک الکتریکی است. این امر نشان می‌دهد که شاید برای ثبت ابتیکی فیبرهای بیشتری مورد نیاز است. همچنین یک تاخیر زمانی بین شروع پاسخ الکتریکی و اپتیکی وجود دارد که بین صفر تا ۵ میلی ثانیه بسته به نحوهٔ آماده سازی عصب (طول قطعهٔ جدا شده، مکان قرار گیری عصب در اتاقک ثبت، مکان الکترودها و اشعهٔ لیزر)متفاوت است. مطالعات بیشتری برای درک این تفاوت‌ها مورد نیاز است. سیگنال‌های اپتیکی ممکن است به تنهایی پتانسیل غشا را ارائه نکنند اما ممکن است با نوسان‌های ضریب شکست که به علت تورم سلولی و تغییر حجم به وجود می‌آید تغییر کند.

لینک ارسال

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...