Nanorakenteisten hiukkasten kiertymisasteen hallinta

15. maaliskuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Michiganin yliopiston johtama tutkimusryhmä on osoittanut, että mikronkokoiset "rusetit", jotka on koottu nanohiukkasista, muodostavat useita erilaisia ​​kiharamuotoja, joita voidaan tarkasti hallita.luonto, "Fotonisesti aktiiviset rusetti-nanokokoonpanot kiraalisuuden jatkuvuudella"). Kehitys avaa tien helposti valmistaa materiaaleja, jotka ovat vuorovaikutuksessa kierretyn valon kanssa, tarjoamalla uusia työkaluja konenäköön ja lääkkeiden tuotantoon. Vaikka biologia on täynnä kiertyneitä rakenteita, kuten DNA:ta, joka tunnetaan kiraalisina rakenteina, kierteen aste on lukittu – sen muuttaminen rikkoo rakenteen. Nyt tutkijat voivat suunnitella kierteen asteen. Joukko erilaisia ​​kasvuolosuhteita, aina vasenkätisistä vain vasenkätisellä kystiinillä tehdyistä litteistä pannukakkuista, jotka on valmistettu 50-50-seoksella, ja oikeakätisiä vain oikeakätisellä kystiinillä tehtyihin kierteisiin. Kyky hallita kiertymisastetta kiertyvässä, nanorakenteisessa materiaalissa voisi olla hyödyllinen uusi työkalu kemiassa ja konenäössä. (Kuva: Prashant Kumar, Kotov Lab, Michiganin yliopisto) Grafiikka näyttää valoaallot, jotka lähestyvät kiertyneitä metallirusetteja ja joita rusetin muoto kääntää. Kyky hallita kiertymisastetta kiertyvässä, nanorakenteisessa materiaalissa voisi olla hyödyllinen uusi työkalu kemiassa ja konenäössä. Kuvan luotto: Ella Maru Studio. Grafiikka näyttää valoaallot, jotka lähestyvät kierrettyjä metallirusetteja ja jotka kääntyvät rusetin muodon mukaan. Kyky hallita kiertymisastetta kiertyvässä, nanorakenteisessa materiaalissa voisi olla hyödyllinen uusi työkalu kemiassa ja konenäössä. Kuvan luotto: Ella Maru Studio. Tällaisten materiaalien avulla robotit voivat navigoida tarkasti monimutkaisissa ihmisympäristöissä. Kierretyt rakenteet koodaaisivat tietoa pinnasta heijastuvien valoaaltojen muotoihin sen sijaan, että ne muodostaisivat 2D-symbolien järjestelyn, joka käsittää useimmat ihmisen lukemat merkit. Tämä hyödyntäisi valon näkökohtaa, jota ihmiset tuskin pystyvät aistimaan, eli polarisaatiota. Kierretyt nanorakenteet heijastavat ensisijaisesti tietynlaista ympyräpolarisoitua valoa, muotoa, joka kiertyy liikkuessaan avaruudessa. "Se on pohjimmiltaan kuin äyriäisten polarisaationäkö", sanoi Nicholas Kotov, Irving Langmuir Distinguished Universityn kemian ja tekniikan professori, joka johti tutkimusta. "He poimivat paljon tietoa hämärästä ympäristöstä huolimatta." Robotit pystyivät lukemaan merkkejä, jotka näyttävät ihmissilmille valkoisilta pisteiltä; tieto koodattaisiin heijastuneiden taajuuksien yhdistelmään, kierteen tiukkaan ja onko kierre vasen- vai oikeakätinen. Grafiikka näyttää valoaallot, jotka lähestyvät kierrettyjä metallirusetteja ja joita rusetin muoto kääntää. Kyky hallita kiertymisastetta kiertyvässä, nanorakenteisessa materiaalissa voisi olla hyödyllinen uusi työkalu kemiassa ja konenäössä. (Kuva: Ella Maru Studio) Vältämällä luonnollisen ja ympäristön valon käyttöä ja luottamalla sen sijaan robotin tuottamaan ympyräpolarisoituun valoon, robotit eivät todennäköisesti missaa tai tulkitsevat vihjeen väärin, olipa kyseessä sitten kirkas tai pimeä ympäristö. Materiaaleja, jotka voivat selektiivisesti heijastaa kiertynyttä valoa, eli kiraalisia metamateriaaleja, on yleensä vaikea valmistaa, mutta rusetit eivät ole. "Aiemmin kiraalisia metapintoja on tehty suurilla vaikeuksilla käyttämällä usean miljoonan dollarin laitteita. Nyt nämä monimutkaiset pinnat, joilla on useita houkuttelevia käyttötarkoituksia, voidaan tulostaa kuin valokuva”, Kotov sanoi. Kierretyt nanorakenteet voivat myös auttaa luomaan oikeat olosuhteet kiraalisten lääkkeiden tuottamiseksi, joita on haastavaa valmistaa oikealla molekyylikierteellä. ”Mitä ei ole nähty missään kiraalisissa järjestelmissä aiemmin, on se, että voimme ohjata kierrettä täysin kierretystä vasenkätisestä rakenteesta litteään pannukakkuun täysin kierrettyyn oikeakätiseen rakenteeseen. Kutsumme tätä kiraalisuudeksi", sanoi Prashant Kumar, UM:n kemiantekniikan tohtoritutkija ja tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja. Kumar testasi rusettia eräänlaisena maalina, sekoitti niitä polyakryylihapon kanssa ja taputti niitä lasille, kankaalle, muoville ja muille materiaaleille. Laserkokeet osoittivat, että tämä maali heijasti vääntynyttä valoa vain, kun valon kierre vastasi rusetin muodon kierrettä. Mikronikokoiset rusetit, joissa on karamellikääreen kierteitä väritetyssä elektronimikroskooppikuvassa. Kyky hallita kiertymisastetta kiertyvässä, nanorakenteisessa materiaalissa voisi olla hyödyllinen uusi työkalu kemiassa ja konenäössä. (Kuva: Prashant Kumar, Kotov Lab, Michiganin yliopisto) Rusetit valmistetaan sekoittamalla kadmiummetallia ja kystiiniä, proteiinifragmenttia, joka on vasen- ja oikeakätinen, lipeällä lisättyyn veteen. Jos kystiini oli kokonaan vasenkätinen, muodostui vasenkätinen rusetti ja oikeakätinen kystiini tuotti oikeankätiset rusetit - jokaisessa karkkikääreellä. Mutta eri vasen- ja oikeakätisten kystiinien suhteilla tiimi teki välikäänteitä, mukaan lukien litteän pannukakun suhteessa 50-50. Tiukimpien rusettien sävelkorkeus, periaatteessa 360 asteen käännöksen pituus, on noin 4 mikronia pitkä - infrapunavalon aallonpituusalueella. ”Emme vain tiedä etenemistä atomimittakaavasta aina rusettien mikronimittakaavaan, vaan meillä on myös teoriaa ja kokeita, jotka osoittavat ohjaavat voimat. Tällä perustavanlaatuisella ymmärryksellä voit suunnitella joukon muita hiukkasia", sanoi Thi Vo, entinen UM:n kemiantekniikan tutkijatohtori. Hän työskenteli Sharon Glotzerin, tutkimuksen kirjoittajan ja Anthony C. Lembken kemiantekniikan osaston puheenjohtajan kanssa UM:ssa. Toisin kuin muut kiraaliset nanorakenteet, joiden itsekokoaminen voi kestää päiviä, rusetti muodostui vain 90 sekunnissa. Ryhmä valmisti 5,000 XNUMX erilaista rusettimuotoa. He tutkivat muotoja atomien yksityiskohtaisesti käyttämällä röntgensäteitä Argonnen kansallisessa laboratoriossa ennen simulaatioanalyysiä.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62589.php