Controllo del grado di torsione nelle particelle nanostrutturate

Controllo del grado di torsione nelle particelle nanostrutturate

Timestamp: 15 marzo 2023 11:36
Nodo di origine: 2011575
15 marzo 2023 (Notizie Nanowerk) I "papillon" di dimensioni micron, autoassemblati da nanoparticelle, formano una varietà di diverse forme di arricciatura che possono essere controllate con precisione, ha dimostrato un gruppo di ricerca guidato dall'Università del Michigan (Natura, "Nanoassiemi bowtie fotonicamente attivi con continuum di chiralità"). Lo sviluppo apre la strada alla produzione facile di materiali che interagiscono con la luce contorta, fornendo nuovi strumenti per la visione artificiale e producendo medicinali. Mentre la biologia è piena di strutture contorte come il DNA, note come strutture chirali, il grado di torsione è bloccato: cercare di cambiarlo rompe la struttura. Ora, i ricercatori possono progettare il grado di torsione. nanoparticelle contorte Una serie di diverse condizioni di crescita, che vanno dai colpi di scena per mancini realizzati solo con cistina per mancini ai pancake piatti realizzati con una miscela 50-50 ai colpi di scena per destrimani realizzati solo con cistina per destrimani. La capacità di controllare il grado di torsione in un materiale nanostrutturato arricciato potrebbe essere un nuovo utile strumento in chimica e visione artificiale. (Immagine: Prashant Kumar, Kotov Lab, Università del Michigan) La grafica mostra onde luminose che si avvicinano ai papillon di metallo attorcigliato e vengono ruotate dalla forma del papillon. La capacità di controllare il grado di torsione in un materiale nanostrutturato arricciato potrebbe essere un nuovo utile strumento in chimica e visione artificiale. Credito immagine: Ella Maru Studio. La grafica mostra onde luminose che si avvicinano ai papillon di metallo attorcigliato e vengono girate dalla forma del papillon. La capacità di controllare il grado di torsione in un materiale nanostrutturato arricciato potrebbe essere un nuovo utile strumento in chimica e visione artificiale. Credito immagine: Ella Maru Studio. Tali materiali potrebbero consentire ai robot di navigare con precisione in ambienti umani complessi. Le strutture contorte codificherebbero le informazioni nelle forme delle onde luminose che si riflettono dalla superficie, piuttosto che nella disposizione 2D dei simboli che comprende la maggior parte dei segni letti dall'uomo. Ciò trarrebbe vantaggio da un aspetto della luce che gli esseri umani riescono a malapena a percepire, noto come polarizzazione. Le nanostrutture attorcigliate riflettono preferenzialmente certi tipi di luce polarizzata circolarmente, una forma che si attorciglia mentre si muove nello spazio. "È fondamentalmente come la visione di polarizzazione nei crostacei", ha detto Nicholas Kotov, l'Irving Langmuir Distinguished University Professor of Chemical Sciences and Engineering, che ha guidato lo studio. "Raccolgono molte informazioni nonostante gli ambienti oscuri". I robot potrebbero leggere segni che sembrano punti bianchi agli occhi umani; le informazioni sarebbero codificate nella combinazione di frequenze riflesse, la tenuta della torsione e se la torsione fosse per mancini o destrorsi. La grafica mostra onde luminose che si avvicinano ai papillon di metallo attorcigliato e vengono trasformate dalla forma del papillon La grafica mostra onde luminose che si avvicinano ai papillon di metallo attorcigliato e vengono trasformate dalla forma del papillon. La capacità di controllare il grado di torsione in un materiale nanostrutturato arricciato potrebbe essere un nuovo utile strumento in chimica e visione artificiale. (Immagine: Ella Maru Studio) Evitando l'uso della luce naturale e ambientale, affidandosi invece alla luce polarizzata circolarmente generata dal robot, è meno probabile che i robot manchino o interpretino male un segnale, sia in ambienti luminosi che bui. I materiali che possono riflettere selettivamente la luce contorta, noti come metamateriali chirali, sono generalmente difficili da realizzare, ma i papillon non lo sono. “In precedenza, le metasuperfici chirali venivano realizzate con grande difficoltà utilizzando apparecchiature multimilionarie. Ora, queste superfici complesse con molteplici usi attraenti possono essere stampate come una fotografia", ha affermato Kotov. Le nanostrutture ritorte possono anche aiutare a creare le giuste condizioni per produrre farmaci chirali, che sono difficili da produrre con la corretta torsione molecolare. “Quello che non si era mai visto prima in nessun sistema chirale è che possiamo controllare la torsione da una struttura mancina completamente attorcigliata a una frittella piatta a una struttura destrorsa completamente attorcigliata. Lo chiamiamo un continuum di chiralità “, ha affermato Prashant Kumar, ricercatore post-dottorato in ingegneria chimica e primo autore dello studio. Kumar ha testato i papillon come una sorta di vernice, mescolandoli con acido poliacrilico e tamponandoli su vetro, tessuto, plastica e altri materiali. Esperimenti con i laser hanno dimostrato che questa vernice rifletteva la luce contorta solo quando la torsione della luce corrispondeva alla torsione della forma del papillon. Papillon in scala micron con colpi di scena di caramelle in un'immagine colorata al microscopio elettronico Papillon in scala micron con colpi di scena di caramelle in un'immagine colorata al microscopio elettronico. La capacità di controllare il grado di torsione in un materiale nanostrutturato arricciato potrebbe essere un nuovo utile strumento in chimica e visione artificiale. (Immagine: Prashant Kumar, Kotov Lab, Università del Michigan) I papillon sono realizzati mescolando cadmio metallico e cistina, un frammento proteico disponibile nelle versioni per mancini e destrimani, in acqua addizionata di liscivia. Se la cistina era tutta per mancini, si formavano papillon per mancini e la cistina per destrimani produceva papillon per destrimani, ciascuno con un tocco di involucro di caramelle. Ma con rapporti diversi di cistina per mancini e destrorsi, il team ha realizzato colpi di scena intermedi, incluso il pancake piatto con un rapporto 50-50. Il tono dei papillon più stretti, fondamentalmente la lunghezza di un giro di 360 gradi, è lungo circa 4 micron, all'interno della gamma di lunghezze d'onda della luce infrarossa. “Non solo conosciamo la progressione dalla scala atomica fino alla scala micron dei papillon, ma abbiamo anche teoria ed esperimenti che ci mostrano le forze guida. Con questa comprensione fondamentale, puoi progettare un sacco di altre particelle ", ha affermato Thi Vo, ex ricercatore post-dottorato in ingegneria chimica dell'UM. Ha lavorato con Sharon Glotzer, autore corrispondente dello studio e presidente del dipartimento di ingegneria chimica di Anthony C. Lembke alla UM. A differenza di altre nanostrutture chirali, che possono richiedere giorni per autoassemblarsi, i papillon si sono formati in soli 90 secondi. Il team ha prodotto 5,000 forme diverse all'interno dello spettro dei papillon. Hanno studiato le forme in dettaglio atomico utilizzando i raggi X presso l'Argonne National Laboratory prima dell'analisi di simulazione.

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