Controlul gradului de răsucire a particulelor nanostructurate

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

15 martie 2023 (Știri Nanowerk) „Papioanele” de dimensiunea micronului, auto-asamblate din nanoparticule, formează o varietate de forme diferite de ondulare care pot fi controlate cu precizie, a arătat o echipă de cercetare condusă de Universitatea din Michigan (Natură, „Nanoansambluri cu papion active fotonic cu continuu de chiralitate”). Dezvoltarea deschide calea pentru producerea cu ușurință a materialelor care interacționează cu lumina răsucită, oferind noi instrumente pentru viziunea artificială și producând medicamente. În timp ce biologia este plină de structuri răsucite precum ADN-ul, cunoscute sub numele de structuri chirale, gradul de răsucire este blocat - încercarea de a o schimba rupe structura. Acum, cercetătorii pot proiecta gradul de răsucire. nanoparticule răsucite

O gamă largă de condiții de creștere diferite, de la răsuciri pentru stângaci făcute numai cu cistina pentru stânga până la clătite plate făcute cu un amestec de 50-50 până la răsuciri pentru dreapta făcute numai cu cistină pentru dreapta. Capacitatea de a controla gradul de răsucire a unui material nanostructurat ondulat ar putea fi un nou instrument util în chimie și viziunea mașinilor. (Imagine: Prashant Kumar, Kotov Lab, Universitatea din Michigan) Graficul arată unde luminoase care se apropie de papioanele din metal răsucite și sunt răsucite de forma papionului. Capacitatea de a controla gradul de răsucire a unui material nanostructurat ondulat ar putea fi un nou instrument util în chimie și viziunea mașinilor. Credit imagine: Ella Maru Studio. Grafica arată unde luminoase care se apropie de papionii din metal răsucite și sunt răsucite de forma papionului. Capacitatea de a controla gradul de răsucire a unui material nanostructurat ondulat ar putea fi un nou instrument util în chimie și viziunea mașinilor. Credit imagine: Ella Maru Studio. Astfel de materiale le-ar putea permite roboților să navigheze cu precizie în medii umane complexe. Structurile răsucite ar codifica informațiile în formele undelor de lumină care se reflectă de la suprafață, mai degrabă decât în aranjamentul 2D al simbolurilor care cuprinde majoritatea semnelor citite de om. Acest lucru ar profita de un aspect al luminii pe care oamenii abia îl pot simți, cunoscut sub numele de polarizare. Nanostructurile răsucite reflectă de preferință anumite tipuri de lumină polarizată circular, o formă care se răsucește pe măsură ce se mișcă prin spațiu. „Este practic ca viziunea de polarizare la crustacee”, a spus Nicholas Kotov, profesor de științe chimice și inginerie la Irving Langmuir, care a condus studiul. „Ei culeg o mulțime de informații în ciuda mediilor tulburi.” Roboții puteau citi semne care arată ca puncte albe pentru ochii oamenilor; informația ar fi codificată în combinația de frecvențe reflectate, etanșeitatea răsucirii și dacă răsucirea a fost stânga sau dreptaci.

Graficul arată unde luminoase care se apropie de papionul din metal răsucit și sunt răsucite de forma papionului. Capacitatea de a controla gradul de răsucire a unui material nanostructurat ondulat ar putea fi un nou instrument util în chimie și viziunea mașinilor. (Imagine: Ella Maru Studio) Evitând utilizarea luminii naturale și ambientale, bazându-se în schimb pe lumina polarizată circular generată de robot, este mai puțin probabil ca roboții să rateze sau să interpreteze greșit un indiciu, fie în medii luminoase sau întunecate. Materialele care pot reflecta selectiv lumina răsucită, cunoscute sub denumirea de metamateriale chirale, sunt de obicei greu de realizat, dar papionele nu sunt. „Anterior, metasuprafețele chirale au fost realizate cu mare dificultate folosind echipamente de mai multe milioane de dolari. Acum, aceste suprafețe complexe cu multiple utilizări atractive pot fi imprimate ca o fotografie”, a spus Kotov. Nanostructurile răsucite pot ajuta, de asemenea, la crearea condițiilor potrivite pentru a produce medicamente chirale, care sunt dificil de fabricat cu răsucirea moleculară corectă. „Ceea ce nu s-a văzut înainte în niciun sistem chiral este că putem controla răsucirea de la o structură complet răsucită pentru stânga la o clătită plată la o structură complet răsucită pentru dreapta. Numim asta un continuum de chiralitate”, a spus Prashant Kumar, cercetător postdoctoral UM în inginerie chimică și primul autor al studiului. Kumar a testat papionul ca pe un fel de vopsea, amestecându-le cu acid poliacrilic și tamponându-le pe sticlă, țesătură, plastic și alte materiale. Experimentele cu lasere au arătat că această vopsea reflectă lumina răsucită numai atunci când răsucirea luminii se potrivea cu răsucirea formei papionului.

Papioane la scară de microni cu răsuciri de înveliș de bomboane într-o imagine colorată cu microscopul electronic. Capacitatea de a controla gradul de răsucire a unui material nanostructurat ondulat ar putea fi un nou instrument util în chimie și viziunea mașinilor. (Imagine: Prashant Kumar, Kotov Lab, Universitatea din Michigan) Papioanele sunt realizate prin amestecarea cadmiului metalic și cistină, un fragment de proteină care vine în versiuni pentru stânga și pentru dreptaci, în apă cu leșie. Dacă cistina era toată stângacă, s-au format papioane pentru stângaci, iar cistina pentru dreapta a dat papion dreptaci - fiecare cu o răsucire de înveliș de bomboane. Dar cu diferite proporții de cistina pentru stângaci și dreptaci, echipa a făcut răsuciri intermediare, inclusiv clătită plată la un raport de 50-50. Pasul celor mai strânse papion, practic lungimea unei viraj de 360 de grade, este de aproximativ 4 microni - în intervalul de lungimi de undă a luminii infraroșii. „Nu numai că știm progresul de la scara atomică până la scara micron a papionului, avem și teorie și experimente care ne arată forțele călăuzitoare. Cu această înțelegere fundamentală, puteți proiecta o grămadă de alte particule”, a spus Thi Vo, un fost cercetător postdoctoral UM în inginerie chimică. El a lucrat cu Sharon Glotzer, co-autorul corespondent al studiului și Anthony C. Lembke, Președintele Departamentului de Inginerie Chimică la UM. Spre deosebire de alte nanostructuri chirale, care pot dura zile pentru a se auto-asambla, papionul s-a format în doar 90 de secunde. Echipa a produs 5,000 de forme diferite în spectrul papionului. Ei au studiat formele în detaliu atomic folosind raze X la Laboratorul Național Argonne înainte de analiza de simulare.