أربطة ملتوية تم إنشاؤها باستخدام chirality المستمر

ابتكر باحثون في جامعة ميشيغان في الولايات المتحدة جسيمات دقيقة ذات بنية نانوية على شكل ربطة عنق يمكن ضبط تمايزها أو استخدام اليد على نطاق واسع باستمرار. تشكل الجسيمات المعقدة ، التي يتم إنشاؤها من مكونات بسيطة حساسة للضوء المستقطب ، مجموعة متنوعة من أشكال الشباك التي يمكن التحكم فيها بدقة. قد تجد التجمعات النانوية النشطة ضوئيًا استخدامًا في مجموعة من التطبيقات ، بما في ذلك أجهزة الكشف عن الضوء والمدى (LiDAR) والطب ورؤية الآلة.

من الناحية الرياضية ، تعد chirality خاصية هندسية ، موصوفة من خلال وظائف رياضية مستمرة يمكن تصويرها على أنها التواء تدريجي لغلاف حلو. لذلك يجب أن تكون مجموعة الهياكل المستقرة ذات الأشكال المتشابهة والشرعية القابلة للضبط التدريجي ممكنة من الناحية النظرية. ومع ذلك ، في الكيمياء ، غالبًا ما يتم التعامل مع chirality على أنها خاصية ثنائية ، حيث تأتي الجزيئات في نسختين تسمى enantiomers ، وهي صور معكوسة لبعضها البعض - مثل زوج من الأيدي البشرية. غالبًا ما يتم "قفل" هذا التباين وأي محاولة لتعديله تؤدي إلى كسر الهيكل.

شرالية مستمرة

فريق من الباحثين بقيادة نيكولاس كوتوف لقد أظهر الآن أن الهياكل النانوية ذات شكل ربطة العنق متباينة الخواص لها تباين مستمر ، مما يعني أنه يمكن تصنيعها بزاوية الالتواء وعرض الملعب وسمك وطول يمكن ضبطه على نطاق واسع. في الواقع ، يمكن التحكم في الالتواء على طول الطريق من هيكل ملتوي بالكامل باليد اليسرى إلى فطيرة مسطحة ثم إلى هيكل ملتوي بالكامل باليد اليمنى.

تصنع الألواح عن طريق خلط الكادميوم والسيستين ، وهو جزء من البروتين يأتي في أصناف يسرى ويمنى ، ثم يعلق هذا المزيج في محلول مائي. ينتج عن هذا التفاعل صفائح نانوية تتجمع ذاتيًا في شرائط ثم تتكدس ذاتيًا فوق بعضها البعض ، وتشكل الجسيمات النانوية على شكل ربطة عنق. يتم تجميع الأشرطة النانوية من الصفائح الدموية النانوية بطول 50-200 نانومتر بسمك 1.2 نانومتر تقريبًا

"الأهم من ذلك ، أن حجم الجسيمات مقيد ذاتيًا بالتفاعلات الكهروستاتيكية بين الصفائح النانوية والجزيئات بشكل عام ،" يوضح كوتوف ، "آلية اكتشفناها في دراسة سابقة على الجسيمات فوق الجزيئية والمركبات النانوية ذات الطبقات."

إذا كان السيستين هو كل شيء أعسر ، أعسر شكل ربطة عنق ، وإذا كان يمينًا ، فإن شكله أيمن. إذا كان المزيج يحتوي على نسب مختلفة من السيستين الأيمن والأيسر ، فيمكن إنشاء هياكل ذات تقلبات وسيطة. تبلغ درجة انحدار القوس الضيق (أي تلك التي تدور بزاوية 360 درجة على طولها بالكامل) حوالي 4 ميكرومتر.

وجد الباحثون أن الهياكل النانوية تعكس الضوء المستقطب دائريًا (الذي ينتشر عبر الفضاء في شكل المفتاح) فقط عندما يتطابق الالتواء في الضوء مع الالتواء في شكل ربطة العنق.

5000 أشكال مختلفة

نجح الفريق في إنتاج 5000 شكل مختلف ضمن طيف ربطة العنق ودراستها بالتفصيل الذري باستخدام حيود الأشعة السينية وانحراف الإلكترون والفحص المجهري الإلكتروني في مختبر أرجون الوطني. تُظهر صور الفحص المجهري الإلكتروني (SEM) أن الأربطة مُنظَّمة على شكل كومة من شرائط النانو الملتوية بطول 200-1200 نانومتر وسمكها 45 نانومتر.

تأتي أسباب عدم تناسق الاستمرارية بفضل الخصائص الجوهرية لبنات البناء ذات المقياس النانوي. أولاً ، تسمح الروابط الهيدروجينية المرنة بزوايا رابطة متغيرة ، كما أوضح كوتوف وزملاؤه. ثانيًا ، تؤدي قدرة الأشرطة النانوية على التأين إلى تفاعلات بعيدة المدى بين كتل البناء النانوية التي يمكن ضبطها على نطاق واسع عن طريق تغيير درجة الحموضة والقوة الأيونية. وبما أن الأشرطة النانوية تلتف ، فإن الجهد الكهروستاتيكي الكلي يصبح مراوانًا ، مما يعزز من سيطرة المجموعات.

يقول كوتوف: "مقارنة بالجسيمات فوق" البسيطة "التي درسناها في عملنا السابق ، فإن الجسيمات المصنوعة من العناقيد النانوية اللولبية يمكن أن تشكل هياكل أكثر تعقيدًا". عالم الفيزياء. "يتيح لنا التحكم في تفاعلاتها الكهروستاتيكية تغيير حجمها وشكلها. إن إنشاء مثل هذه السلسلة المتصلة للأنظمة الكيميائية الاصطناعية ، مثل هذه الجسيمات المعقدة ، يسمح لنا بهندسة خصائصها ".

يفصل الضوء الملتوي الجسيمات النانوية حسب الحجم في الوقت الفعلي

الباحثون الذين أبلغوا عن عملهم في الطبيعة، يقولون إنهم مشغولون الآن بالبحث في تطبيقات لجزيئات ربطة العنق في رؤية الآلة. يوضح كوتوف أن "الضوء المستقطب دائريًا نادر في الطبيعة ، وبالتالي فهو جذاب للغاية لمثل هذه الرؤية لأنه يسمح للشخص بقطع الضوضاء". "يمكن أيضًا استخدام هياكل ربطة العنق المصممة هندسيًا كعلامات ليدار وكاميرات الاستقطاب."

قد تساعد الجسيمات النانوية الملتوية أيضًا في تهيئة الظروف المناسبة لإنتاج الأدوية اللولبية. تعد Chirality خاصية مهمة للأدوية ، حيث يمكن أن يكون للمضادات الموجودة في نفس الجزيء خصائص كيميائية وبيولوجية مختلفة تمامًا. وبالتالي فإن التمييز بينهما يمثل أهمية خاصة لأولئك الذين يطورون أدوية جديدة.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/twisted-bowties-created-with-continuous-chirality/