2 Nisan 2019 Salı

Quartz Crystal Microbalance (QCM) Nedir?


Bir Quartz Crystal Microbalance cihazı veya QCM, aslında çok küçük kütleler için bir dengedir. Günlük yaşamımızda alıştığımız dengeler gibi, kilo veya kilogram ölçmek yerine, bir QCM ve QCM-D gibi ilgili “kuzenleri” nano gramları ölçmekle birlikte, kütle gerçek zamanlı olarak ölçülür ve kütle artışı veya kütle azalması gibi değişiklikleri, tartılan yüzeye ne kadar küçük kütlelerin eklendiğini veya çıkarıldığını takip etmek mümkündür.

Asıl soru, neden birileri nanogramın bir materyalin varyasyonlarını ölçmek istesin ki? Akıllı telefon dokunmatik ekranlar gibi günlük kullandığımız birçok üründe son derece ince kaplamalar var ve bunların en iyi şekilde çalışmasını sağlamak için ne kadar ince ya da kalın olduklarını bilmek faydalı olabilir. Ek olarak, kütlelerin nasıl değiştiğini ölçmek zamanla gözyaşı içindeki proteinler gibi bir malzemenin zaman içinde bir kontakt lens yüzeyi ile nasıl etkileşime girebileceği ve birikebileceği hakkında yararlı bilgiler sağlayabilir. Bu tespit, ilgilenilen bir yüzeyin etkileşime giren ve nihayetinde ona bağlı olan moleküllere maruz kalması durumunda, sonucun QCM tarafından tespit edilen kütlede bir artış olacağı gerçeğinden dolayı mümkündür. Kitlesel bir değişim, etkileşimin meydana geldiğini doğrular. Alternatif olarak, eğer herhangi bir kütle artışı tespit edilmezse, etkileşim olmadığını ve yüzeye hiçbir şey yapışmadığını doğrular. Dolayısıyla, bir QCM, moleküller ile kütle değişimlerinin gerçek zamanlı olarak gerçekleştiği bir yüzey arasındaki etkileşimleri karakterize etmek ve ölçmek için bir yöntemdir.

Yukarıda kullanılan bir kontakt lens örneğini ele alarak, bir yıl boyunca kullanılabilecek yeni bir kontakt lens tasarlamak istediğimizi söylüyoruz. Gözyaşlarımızdaki proteinlerin zamanla lense yapışıp bağlanmayacağını test etmeliyiz. Bunu yapmak için, QCM sensörünü kontak lensde kullanılan malzeme ile kaplıyoruz ve QCM yüzeyinin üzerinde gözyaşlarında bulunan proteinlerin bir gözyaşı ya da protein akışını sağlıyoruz. Daha sonra kütlede bir değişimin olup olmadığını değerlendirebiliriz; bu, proteinlerin yüzeye bağlandığını gösterir ve kontakt lens malzemelerini, bunlar herhangi bir proteinin yapışmasını önleyene kadar değiştirir.

Yukarıda bahsedildiği gibi, bir QCM yalnızca kütle artışlarını tespit etmekle kalmaz, aynı zamanda kütle kayıplarını da izleyebilir. Kütle kaybını ölçmenin önemli olduğu belirli bir örnek bulaşık makinesi deterjanlarının kiri ne kadar iyi temizleyebileceğini ve çıkarabileceğini analiz etmektir. Diyelim ki yeni bir bulaşık makinesi deterjanı geliştirmek istiyoruz ve cam yüzeyinden yağ almanın ne kadar etkili olduğunu değerlendirelim. Bir QCM sensörüne gres kaplayarak başlıyoruz. Daha sonra, çıkartılan lekeye karşılık gelecek herhangi bir kütle kaybının olup olmadığını belirlemek için gresin üzerine yeni bulaşık deterjanımızın bir akışını başlattık. QCM ölçümü, gerçek zamanlı olarak, temizleme işleminin ne kadar hızlı olduğunu ve akış durduğunda veya yüzeyde hala yağ varsa yüzeyin tamamen temiz olup olmadığını izlememizi sağlar.