A csavarodás mértékének szabályozása nanostrukturált részecskékben

15. március 2023. (Nanowerk News) A nanorészecskékből összeálló mikron méretű „csokornyakkendők” sokféle, pontosan szabályozható hullámos formát alkotnak – mutatta ki a Michigani Egyetem által vezetett kutatócsoport.Természet, „Fotonikusan aktív csokornyakkendő nanoösszeállítások kiralitási kontinuummal”). A fejlesztés megnyitja az utat a csavart fénnyel kölcsönhatásba lépő anyagok egyszerű előállításához, új eszközöket biztosítva a gépi látáshoz és a gyógyszerek előállításához. Míg a biológia tele van csavart struktúrákkal, például DNS-sel, amelyet királis struktúráknak neveznek, a csavarodás mértéke be van zárva – a megváltoztatás megtöri a szerkezetet. Most a kutatók meg tudják határozni a csavarás mértékét. Különböző növekedési feltételek sora, a csak balkezes cisztinnel készült balkezes csavarásoktól az 50-50-es keverékkel készült lapos palacsintáig a csak jobbkezes cisztinnel készült jobbkezes csavarokig. A hullámos, nanostrukturált anyagok csavarodási fokának szabályozása hasznos új eszköz lehet a kémiában és a gépi látásban. (Kép: Prashant Kumar, Kotov Lab, University of Michigan) A grafikon fényhullámok láthatók, amelyek megközelítik a csavart fém csokornyakkendőket, és a csokornyakkendő alakja elfordítja őket. A hullámos, nanostrukturált anyagok csavarodási fokának szabályozása hasznos új eszköz lehet a kémiában és a gépi látásban. A kép jóváírása: Ella Maru Studio. A grafikán fényhullámok láthatók, amelyek megközelítik a csavart fém csokornyakkendőket, és a csokornyakkendő alakja megfordítja őket. A hullámos, nanostrukturált anyagok csavarodási fokának szabályozása hasznos új eszköz lehet a kémiában és a gépi látásban. A kép forrása: Ella Maru Studio. Az ilyen anyagok lehetővé tehetik a robotok számára, hogy pontosan navigáljanak összetett emberi környezetben. A csavart struktúrák az információt a felszínről visszaverődő fényhullámok alakjában kódolnák, nem pedig a szimbólumok 2D-s elrendezésében, amely a legtöbb ember által olvasható jelet tartalmazza. Ez kihasználná a fény egy olyan aspektusát, amelyet az emberek alig tudnak érzékelni, az úgynevezett polarizációt. A csavart nanostruktúrák elsősorban bizonyos típusú, körkörösen polarizált fényt tükröznek vissza, olyan alakzatot, amely elcsavarodik, ahogy mozog a térben. „Alapvetően olyan ez, mint a rákfélék polarizációs látása” – mondta Nicholas Kotov, az Irving Langmuir Egyetem vegyész- és mérnöki professzora, a tanulmány vezetője. „A homályos környezet ellenére sok információt szereznek be.” A robotok képesek voltak leolvasni az emberi szem számára fehér pöttyöknek tűnő jeleket; az információ a visszavert frekvenciák kombinációjában, a csavarás szorosságában és abban, hogy a csavar bal- vagy jobbkezes volt-e. A grafikon fényhullámok láthatók, amelyek közelednek a csavart fém csokornyakkendőkhöz, és a csokornyakkendő alakja megfordítja őket. A hullámos, nanostrukturált anyagok csavarodási fokának szabályozása hasznos új eszköz lehet a kémiában és a gépi látásban. (Kép: Ella Maru Stúdió) A természetes és környezeti fények elkerülésével, ehelyett a robot által generált körkörösen polarizált fényre hagyatkozva a robotok kevésbé valószínű, hogy elvétenek vagy félreértelmeznek egy jelzést, akár világos, akár sötét környezetben. A csavart fényt szelektíven visszaverő anyagokat, amelyeket királis metaanyagoknak neveznek, általában nehéz előállítani, de a csokornyakkendőket nem. „Korábban nagy nehézségek árán készítettek királis metafelületeket több millió dolláros berendezéssel. Most ezek az összetett felületek, amelyek többféle vonzó felhasználási lehetőséget kínálnak, úgy nyomtathatók, mint egy fénykép” – mondta Kotov. A csavart nanostruktúrák segíthetnek a megfelelő feltételek megteremtésében is a királis gyógyszerek előállításához, amelyeket kihívást jelent a megfelelő molekuláris csavarással előállítani. „Amit korábban egyetlen királis rendszerben sem láthattunk, az az, hogy a teljesen csavart balkezes szerkezettől a lapos palacsintán át a teljesen csavart jobbkezes szerkezetig tudjuk irányítani a csavart. Ezt kiralitási kontinuumnak nevezzük” – mondta Prashant Kumar, az UM vegyészmérnöki posztdoktori kutatója és a tanulmány első szerzője. Kumar a csokornyakkendőket egyfajta festékként tesztelte, poliakrilsavval keverte össze, majd üvegre, szövetre, műanyagra és egyéb anyagokra kente. A lézerekkel végzett kísérletek azt mutatták, hogy ez a festék csak akkor verte vissza a csavart fényt, ha a fényben lévő csavar megegyezik a csokornyakkendő alakjának csavarásával. Mikron méretű csokorkák cukorka-papír csavarokkal színes elektronmikroszkóp képen. A hullámos, nanostrukturált anyagok csavarodási fokának szabályozása hasznos új eszköz lehet a kémiában és a gépi látásban. (Kép: Prashant Kumar, Kotov Lab, University of Michigan) A csokornyakkendőket a kadmium fém és a cisztin, a bal- és jobbkezes változatban kapható fehérje-fragmentum lúggal meghámozott vízben való összekeverésével készítik. Ha a cisztin teljesen balkezes volt, akkor a balkezes csokornyakkendők alakultak ki, a jobbkezes cisztin pedig jobbkezes csokornyakkendőt eredményezett – mindegyik cukorkapapír csavarral. De a bal- és jobbkezes cisztin eltérő arányával a csapat közbenső csavarokat hajtott végre, beleértve a lapos palacsintát 50-50 arányban. A legszorosabb csokornyakkendők hangmagassága, amely alapvetően egy 360 fokos fordulat hossza, körülbelül 4 mikron hosszú – az infravörös fény hullámhossz-tartományán belül. „Nemcsak az atomskálától egészen a csokornyakkendő mikronskálájáig terjedő előrehaladást ismerjük, hanem elméletünk és kísérleteink is megmutatják a vezérlő erőket. Ezzel az alapvető tudással egy csomó más részecskét is megtervezhet” – mondta Thi Vo, az UM vegyészmérnöki posztdoktori kutatója. Sharon Glotzerrel, a tanulmány társszerzőjével és Anthony C. Lembke vegyészmérnöki tanszéki elnökkel dolgozott együtt az UM-ban. Más királis nanostruktúrákkal ellentétben, amelyek önszerveződése napokig is eltarthat, a csokornyakkendők mindössze 90 másodperc alatt alakultak ki. A csapat 5,000 különböző formát készített a csokornyakkendő spektrumán belül. A szimulációs elemzés előtt az Argonne National Laboratoryban röntgensugarak segítségével atomi részletességgel tanulmányozták az alakzatokat.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62589.php