Создана самая сложная в мире синтетическая микрочастица, превосходящая всю природу

Синтетические микрочастицы, более сложные, чем некоторые из самых сложных, встречающихся в природе, были созданы международной командой под руководством Мичиганского университета. Они также исследовали, как возникает эта сложность, и разработали способ ее измерения.

Полученные данные открывают путь для создания более стабильных смесей жидкости и частиц, таких как краски, и новых способов скручивания света — необходимого условия для голографических проекторов.

Частицы состоят из скрученных шипов, сгруппированных в шар размером несколько микрон или миллионные доли миллиметра.

Биология — великий создатель сложности в нано- и микромасштабе с остроконечными структурами, такими как пыльца растений, иммунные клетки и некоторые вирусы. К числу наиболее сложных природных частиц в масштабе новых синтетических частиц относятся остроконечные кокколитофоры. Этот тип водорослей диаметром в несколько микрон известен тем, что создает вокруг себя замысловатые раковины из известняка. Чтобы лучше понять правила, которые определяют, как такие частицы растут, ученые и инженеры пытаются сделать их в лаборатории. Но до сих пор не было формализованного способа измерения сложности результатов.

«Числа правят миром, а способность строго описывать остроконечные формы и придавать им сложность позволяет нам использовать новые инструменты, такие как искусственный интеллект и машинное обучение, при конструировании наночастиц», — говорят Николас Котов, профессор инженерных наук в университете, который руководил проектом.

Команда, в которую входят исследователи из Федерального университета Сан-Карлос и Университета Сан-Паулу в Бразилии, а также из других университетов, использовала новую структуру, чтобы продемонстрировать, что их частицы были даже более сложными, чем кокколитофорид.

Вычислительное подразделение команды, возглавляемой Андре Фариас де Моура, профессором химии в Федеральном университете, исследовало квантовые свойства частиц и силы, действующие на наноразмерные строительные блоки.

Одним из ключевых игроков в создании сложности может быть хиральность — в этом контексте тенденция следовать повороту по часовой стрелке или против часовой стрелки. Они ввели хиральность, покрывая наноразмерные листы сульфида золота, которые служили их строительными блоками для частиц, аминокислотой, называемой цистеином. Цистеин представлен в двух формах зеркального отображения: одна заставляет золотые листы складываться с поворотом по часовой стрелке, а другая стремится к повороту против часовой стрелки. В случае наиболее сложной частицы, остроконечного шарика с искривленными шипами, каждый золотой лист был покрыт одинаковой формой цистеина.

Команда также контролировала другие взаимодействия. Используя плоские наночастицы, они создали шипы, которые были плоскими, а не круглыми. Они также использовали электрически заряженные молекулы, чтобы гарантировать, что наноразмерные компоненты встроены в более крупные частицы, размером более нескольких сотен нанометров, из-за отталкивания.

«Эти законы часто противоречат друг другу, и сложность возникает из-за того, что эти сообщества наночастиц должны удовлетворять всем им», — сказал Котов, профессор материаловедения и инженерии, а также макромолекулярной науки и техники.

И эта сложность может быть полезной. Наноразмерные шипы на частицах, подобных пыльце, не дают им слипаться. Точно так же шипы на этих частицах, сделанные исследовательской группой, помогают им рассеиваться практически в любой жидкости, свойство, которое полезно для стабилизации твердых или жидких смесей, таких как краски.

Микрочастицы с закрученными шипами также поглощают ультрафиолетовый свет и излучают закрученный или циркулярно поляризованный видимый свет.

«Понимание этих выбросов было одной из самых сложных частей расследования», — сказал де Моура.

Из результатов экспериментов и моделирования видно, что ультрафиолетовая энергия поглощалась сердцевиной частиц и трансформировалась в результате квантово-механических взаимодействий, становясь циркулярно поляризованным видимым светом к тому времени, когда она выходила из изогнутых шипов.

Исследователи полагают, что обнаруженная ими тактика может помочь ученым сконструировать частицы, которые улучшат биосенсоры, электронику и эффективность химических реакций.

-=GadZZillA=-

Компьютерный системный администратор, веб-огородник, IT-шник, специалист по строительным материалам, создатель и администратор проекта "Лаборатория Рабочих Столов"

Вас также может заинтересовать...

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

 

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.