Контроль степени закручивания наноструктурированных частиц

15 марта 2023 г. (Новости Наноуэрк) «Галстуки-бабочки» микронного размера, самособирающиеся из наночастиц, образуют множество различных закручивающихся форм, которыми можно точно управлять, как показала исследовательская группа под руководством Мичиганского университета (природа, «Фотонно активные наносборки в виде бабочки с континуумом хиральности»). Разработка открывает путь к легкому производству материалов, взаимодействующих с искривленным светом, предоставляя новые инструменты для машинного зрения и производства лекарств. В то время как биология полна скрученных структур, таких как ДНК, известных как хиральные структуры, степень скрученности заблокирована — попытка изменить ее разрушает структуру. Теперь исследователи могут определить степень закручивания. Множество различных условий выращивания, от левосторонних скручиваний, сделанных только с левым цистином, до плоских блинов, приготовленных из смеси 50-50, и правосторонних скручиваний, сделанных только с правосторонним цистином. Возможность контролировать степень скручивания скручивающегося наноструктурированного материала может стать полезным новым инструментом в химии и машинном зрении. (Изображение: Прашант Кумар, Kotov Lab, Мичиганский университет) На рисунке показаны световые волны, приближающиеся к скрученным металлическим галстукам-бабочкам и поворачивающиеся в форме галстука-бабочки. Возможность контролировать степень скручивания скручивающегося наноструктурированного материала может стать полезным новым инструментом в химии и машинном зрении. Изображение предоставлено студией Ella Maru. На рисунке показаны световые волны, приближающиеся к скрученным металлическим галстукам-бабочкам и поворачивающиеся в форме галстука-бабочки. Возможность контролировать степень скручивания скручивающегося наноструктурированного материала может стать полезным новым инструментом в химии и машинном зрении. Изображение предоставлено: Студия Эллы Мару. Такие материалы могут позволить роботам точно ориентироваться в сложной среде обитания человека. Скрученные структуры будут кодировать информацию в форме световых волн, отражающихся от поверхности, а не в двумерном расположении символов, которое включает в себя большинство знаков, читаемых человеком. Это позволило бы использовать аспект света, который люди едва ощущают, известный как поляризация. Искривленные наноструктуры предпочтительно отражают определенные виды света с круговой поляризацией, форму, которая искривляется при движении в пространстве. «Это в основном похоже на поляризационное зрение у ракообразных», — сказал Николас Котов, заслуженный профессор химических наук и инженерии Университета Ирвинга Ленгмюра, который руководил исследованием. «Они собирают много информации, несмотря на темную среду». Роботы могли читать знаки, которые для человеческого глаза выглядят как белые точки; информация будет закодирована в комбинации отражаемых частот, плотности закручивания и того, было ли закручивание левым или правым. На графике показаны световые волны, приближающиеся к скрученным металлическим галстукам-бабочкам и поворачиваемые формой галстука-бабочки. Возможность контролировать степень скручивания скручивающегося наноструктурированного материала может стать полезным новым инструментом в химии и машинном зрении. (Изображение: Ella Maru Studio) Избегая использования естественного и окружающего света, полагаясь вместо этого на свет с круговой поляризацией, генерируемый роботом, роботы с меньшей вероятностью пропустят или неправильно интерпретируют сигнал, будь то в яркой или темной среде. Материалы, способные избирательно отражать искривленный свет, известные как хиральные метаматериалы, обычно сложно изготовить, но галстуки-бабочки — нет. «Раньше киральные метаповерхности создавались с большим трудом с использованием многомиллионного оборудования. Теперь эти сложные поверхности с множеством привлекательных применений можно печатать как фотографии», — сказал Котов. Скрученные наноструктуры могут также помочь создать подходящие условия для производства хиральных лекарств, которые сложно производить с правильным молекулярным скручиванием. «Чего раньше не наблюдалось ни в одной киральной системе, так это того, что мы можем контролировать скручивание от полностью скрученной левосторонней структуры до плоского блина и до полностью скрученной правосторонней структуры. Мы называем это континуумом хиральности», — сказал Прашант Кумар, научный сотрудник UM в области химического машиностроения и первый автор исследования. Кумар тестировал галстуки-бабочки как своего рода краску, смешивая их с полиакриловой кислотой и нанося на стекло, ткань, пластик и другие материалы. Эксперименты с лазерами показали, что эта краска отражала искривленный свет только тогда, когда изгиб света соответствовал изгибу формы галстука-бабочки. Галстуки-бабочки микронного размера с завитками в виде конфетных оберток на цветном изображении, полученном с помощью электронного микроскопа. Возможность контролировать степень скручивания скручивающегося наноструктурированного материала может стать полезным новым инструментом в химии и машинном зрении. (Изображение: Прашант Кумар, лаборатория Котов, Мичиганский университет) Галстуки-бабочки изготавливаются путем смешивания металлического кадмия и цистина, белкового фрагмента, который бывает как для левой, так и для правой руки, в воде с добавлением щелочи. Если весь цистин был левосторонним, то образовывались левосторонние галстуки-бабочки, а правосторонний цистин давал правосторонние галстуки-бабочки — каждый с изгибом конфетной обертки. Но с разным соотношением цистина для левой и правой руки команда делала промежуточные повороты, в том числе плоский блин в соотношении 50-50. Шаг самых тугих галстуков-бабочек, в основном длина поворота на 360 градусов, составляет около 4 микрон - в диапазоне длин волн инфракрасного света. «Мы не только знаем прогресс от атомного масштаба до микронного масштаба галстуков-бабочек, у нас также есть теория и эксперименты, которые показывают нам направляющие силы. Обладая этим фундаментальным пониманием, вы можете спроектировать множество других частиц», — сказал Ти Во, бывший научный сотрудник UM в области химического машиностроения. Он работал с Шэрон Глотцер, соавтором исследования, и заведующим кафедрой химического машиностроения Энтони С. Лембке в UM. В отличие от других хиральных наноструктур, самосборка которых может занять несколько дней, галстуки-бабочки сформировались всего за 90 секунд. Команда произвела 5,000 различных форм галстуков-бабочек. Они изучили формы в атомарных деталях с помощью рентгеновских лучей в Аргоннской национальной лаборатории перед анализом моделирования.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62589.php