Контроль ступеня закрученості в наноструктурних частинках

15 березня 2023 (Новини Nanowerk) Дослідницька група під керівництвом Мічиганського університету показала, що «краватки-метелики» мікронного розміру, які самостійно збираються з наночастинок, утворюють різноманітні форми завитків, якими можна точно керувати (природа, «Фотонічно активні нанозбірки метелика з континуумом хіральності»). Ця розробка відкриває шлях для легкого виробництва матеріалів, які взаємодіють зі спотвореним світлом, надаючи нові інструменти для машинного зору та виробництва ліків. У той час як біологія сповнена перекручених структур, таких як ДНК, відомих як хіральні структури, ступінь скручування зафіксована — спроба змінити її порушує структуру. Тепер дослідники можуть визначити ступінь скручування. Низка різних умов вирощування, починаючи від лівосторонніх скручувань, виготовлених лише з лівостороннім цистином, до плоских млинців, виготовлених із суміші 50-50, і правосторонніх скручувань, виготовлених лише з правостороннім цистином. Здатність керувати ступенем скручування скручуваного наноструктурованого матеріалу може стати корисним новим інструментом у хімії та машинному зорі. (Зображення: Prashant Kumar, Kotov Lab, University of Michigan) На малюнку показано, як світлові хвилі наближаються до скручених металевих метеликів і обертаються формою метелика. Здатність керувати ступенем скручування скручуваного наноструктурованого матеріалу може стати корисним новим інструментом у хімії та машинному зорі. Кредит зображення: Ella Maru Studio. На малюнку видно, як світлові хвилі наближаються до кручених металевих метеликів і повертаються формою метелика. Здатність керувати ступенем скручування скручуваного наноструктурованого матеріалу може стати корисним новим інструментом у хімії та машинному зорі. Кредит зображення: Ella Maru Studio. Такі матеріали можуть дозволити роботам точно орієнтуватися в складному людському середовищі. Закручені структури кодували б інформацію у формах світлових хвиль, які відбиваються від поверхні, а не у двовимірному розташуванні символів, яке складається з більшості знаків, які читає людина. Це дозволить використати аспект світла, який люди ледве відчувають, відомий як поляризація. Скручені наноструктури переважно відбивають певні види кругово поляризованого світла, форми, яка закручується під час руху в просторі. «В основному це схоже на поляризаційний зір у ракоподібних», — сказав Ніколас Котов, почесний професор хімічних наук та інженерії університету Ірвінга Ленгмюра, який керував дослідженням. «Вони збирають багато інформації, незважаючи на туманне середовище». Роботи могли читати знаки, які для людських очей виглядають як білі точки; інформація буде закодована в комбінації відбитих частот, щільності скручування та того, чи було скручування лівостороннім чи правостороннім. На малюнку показано, як світлові хвилі наближаються до скручених металевих метеликів і обертаються формою метелика. Здатність керувати ступенем скручування скручуваного наноструктурованого матеріалу може стати корисним новим інструментом у хімії та машинному зорі. (Зображення: студія Ella Maru) Уникаючи використання природного та зовнішнього освітлення, покладаючись натомість на світло з круговою поляризацією, що генерується роботом, роботи з меншою ймовірністю пропустять або неправильно витлумачать сигнал, як у яскравому, так і в темному середовищі. Матеріали, які можуть вибірково відбивати спотворене світло, відомі як хіральні метаматеріали, зазвичай важко виготовити, але краватки-метелики – ні. «Раніше хіральні метаповерхні створювалися з великими труднощами, використовуючи багатомільйонне обладнання. Тепер ці складні поверхні з різними привабливими цілями можна надрукувати як фотографію», — сказав Котов. Скручені наноструктури також можуть допомогти створити правильні умови для виробництва хіральних ліків, які складно виробляти з правильною молекулярною крутизною. «Чого ще не було в жодній хіральній системі раніше, так це того, що ми можемо контролювати скручування від повністю скрученої лівосторонньої структури до плоского млинця до повністю скрученої правосторонньої структури. Ми називаємо це континуумом хіральності», — сказав Прашант Кумар, докторант хімічного машинобудування та перший автор дослідження. Кумар випробував краватки-метелики як різновид фарби, змішавши їх з поліакриловою кислотою та наносячи на скло, тканину, пластик та інші матеріали. Експерименти з лазерами показали, що ця фарба відбиває викривлене світло лише тоді, коли поворот у світлі збігається з поворотом у формі метелика. Метелики мікронного розміру з обгортками цукерок на кольоровому зображенні електронного мікроскопа. Здатність керувати ступенем скручування скручуваного наноструктурованого матеріалу може стати корисним новим інструментом у хімії та машинному зорі. (Зображення: Prashant Kumar, Kotov Lab, University of Michigan) Краватки-метелики виготовляються шляхом змішування металевого кадмію та цистину, фрагмента білка, який доступний у лівій та правосторонній версіях, у воді, збагаченій лугом. Якщо весь цистин був лівим, утворилися краватки-метелики для лівої руки, а цистин для правої руки поступився краватками-метеликами для правої руки — кожен із закрученою цукерковою обгорткою. Але з різними співвідношеннями лівого та правого цистину команда зробила проміжні повороти, включаючи плоский млинець у співвідношенні 50-50. Крок найтугіших краваток-метеликів, в основному довжина повороту на 360 градусів, становить приблизно 4 мікрони в довжину в межах діапазону довжин хвиль інфрачервоного світла. «Ми не тільки знаємо розвиток краваток-метеликів від атомного масштабу до мікронного масштабу, ми також маємо теорію та експерименти, які показують нам керівні сили. Маючи це фундаментальне розуміння, ви можете сконструювати купу інших частинок», — сказав Тхі Во, колишній докторант хімічного машинобудування університету. Він працював із Шерон Глотцер, автором-кореспондентом дослідження та завідувачем кафедри хімічної інженерії Ентоні К. Лембке в Університеті Університету. На відміну від інших хіральних наноструктур, для самоскладання яких можуть знадобитися дні, метелики формуються всього за 90 секунд. Команда виготовила 5,000 різних форм у спектрі краваток-метеликів. Вони вивчили форми в деталях атомів за допомогою рентгенівського випромінювання в Аргоннській національній лабораторії перед аналізом симуляції.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62589.php