پاپیون های پیچ خورده ایجاد شده با کایرالیته مداوم

محققان دانشگاه میشیگان در ایالات متحده ریز ذرات نانوساختار پاپیونی شکلی ایجاد کرده‌اند که کایرالیته یا حالت دستی آن‌ها را می‌توان به طور مداوم در طیف وسیعی تنظیم کرد. ذرات پیچیده که از اجزای ساده‌ای که به نور قطبی شده حساس هستند ساخته شده‌اند، شکل‌های پیچ‌خوردگی مختلفی را تشکیل می‌دهند که می‌توان آنها را دقیقاً کنترل کرد. نانومجموعه‌های فعال فوتونیک ممکن است در بسیاری از کاربردها از جمله دستگاه‌های تشخیص نور و محدوده (LiDAR)، پزشکی و بینایی ماشین استفاده شوند.

در اصطلاح ریاضی، کایرالیته یک ویژگی هندسی است که با توابع ریاضی پیوسته توصیف می‌شود که می‌توان آن را به عنوان چرخش تدریجی یک لفاف شیرین به تصویر کشید. بنابراین یک خانواده از ساختارهای پایدار با اشکال مشابه و کایرالیته به تدریج قابل تنظیم باید از نظر تئوری امکان پذیر باشد. با این حال، در شیمی، کایرالیته اغلب به عنوان یک ویژگی دوتایی در نظر گرفته می‌شود، با مولکول‌ها در دو نسخه به نام انانتیومر، که تصاویر آینه‌ای از یکدیگر هستند - بسیار شبیه به یک جفت دست انسان. این کایرالیته اغلب "قفل شده" است و هر تلاشی برای اصلاح آن منجر به شکستن ساختار می شود.

کایرالیته مداوم

تیمی از محققان به رهبری نیکلاس کوتوف اکنون نشان داده است که نانوساختارهایی با شکل پاپیونی ناهمسانگرد دارای کایرالیته پیوسته هستند، به این معنی که می توان آنها را با زاویه پیچش، عرض گام، ضخامت و طول ساخت که می تواند در محدوده وسیعی تنظیم شود. در واقع، پیچ و تاب را می توان از یک ساختار کاملاً پیچ خورده چپ دست تا یک پنکیک صاف و سپس به یک ساختار کاملاً پیچ خورده راست دست کنترل کرد.

پاپیون ها با مخلوط کردن کادمیوم و سیستئین، یک قطعه پروتئینی که در انواع چپ و راست وجود دارد، و سپس معلق کردن این مخلوط در محلول آبی ساخته می شوند. این واکنش نانوصفحاتی را تولید می‌کند که به صورت نوارهایی در خود جمع می‌شوند و سپس روی هم قرار می‌گیرند و نانوذرات پاپیونی شکل را تشکیل می‌دهند. نانوروبان ها از نانوپلاکت هایی به طول 50 تا 200 نانومتر با ضخامت تقریباً 1.2 نانومتر مونتاژ می شوند.

کوتوف توضیح می‌دهد: «نکته مهم این است که اندازه ذرات توسط فعل و انفعالات الکترواستاتیکی بین نانوصفحات و ذرات به طور کلی محدود می‌شود، مکانیسمی که ما در مطالعه قبلی بر روی فراذرات و نانوکامپوزیت‌های لایه‌ای کشف کردیم.»

اگر سیستئین تماماً چپ دست باشد، پاپیون های چپ دست و اگر راست دست باشد، راست دست ایجاد می شود. با این حال، اگر مخلوط حاوی نسبت‌های متفاوتی از سیستئین چپ و راست باشد، ساختارهایی با پیچش‌های میانی می‌توانند ایجاد شوند. گام تنگ‌ترین پاپیون‌ها (یعنی آنهایی که در تمام طولشان چرخش 360 درجه دارند)، حدود 4 میکرومتر است.

محققان دریافتند که نانوساختارها نور پلاریزه دایره‌ای (که در فضا به شکل پیچ چوب پنبه‌باز منتشر می‌شود) را تنها زمانی منعکس می‌کنند که پیچش در نور با پیچش در شکل پاپیون مطابقت داشته باشد.

5000 شکل مختلف

این تیم موفق به تولید 5000 شکل مختلف در طیف پاپیون شدند و آنها را با جزئیات اتمی با استفاده از پراش اشعه ایکس، پراش الکترونی و میکروسکوپ الکترونی در آزمایشگاه ملی آرگون مورد مطالعه قرار دادند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان می‌دهد که پاپیون‌ها به صورت پشته‌ای از نانوروبان‌های پیچ خورده به طول 200 تا 1200 نانومتر و ضخامت 45 نانومتر ساخته شده‌اند.

دلایل کایرالیتی پیوسته به لطف ویژگی‌های ذاتی بلوک‌های ساختمانی در مقیاس نانو است. کوتوف و همکارانش توضیح می‌دهند که اول، پیوندهای هیدروژنی انعطاف‌پذیر، زوایای پیوند متغیر را امکان‌پذیر می‌کنند. دوم، توانایی نانوروبان‌ها برای یونیزه شدن منجر به برهمکنش‌های دافعه دوربرد بین بلوک‌های ساختمانی در مقیاس نانو می‌شود که می‌توانند با تغییر pH و قدرت یونی در محدوده وسیعی تنظیم شوند. و از آنجایی که نانوروبان‌ها می‌پیچند، پتانسیل الکترواستاتیک کل کایرال می‌شود، که دستی مجموعه‌ها را تقویت می‌کند.

کوتوف می گوید: «در مقایسه با فوق ذرات «ساده» که در کار قبلی خود مطالعه کردیم، ذرات ساخته شده از نانوخوشه های کایرال می توانند ساختارهای پیچیده تری را تشکیل دهند. دنیای فیزیک. "کنترل برهمکنش های الکترواستاتیکی آنها ما را قادر می سازد تا اندازه و شکل آنها را تغییر دهیم. ایجاد چنین پیوستاری کایرالیتی برای سیستم‌های شیمیایی مصنوعی، مانند این ذرات پیچیده، به ما اجازه می‌دهد تا خواص آنها را مهندسی کنیم.

نور پیچ خورده نانوذرات را بر اساس اندازه در زمان واقعی جدا می کند

محققانی که کار خود را در طبیعت، می گویند اکنون مشغول بررسی برنامه های کاربردی برای ذرات پاپیون خود در بینایی ماشین هستند. کوتوف توضیح می دهد: «نور قطبی دایره ای در طبیعت کمیاب است و بنابراین برای چنین دیدی بسیار جذاب است، زیرا به فرد امکان می دهد نویز را قطع کند. ساختارهای پاپیونی مهندسی شده همچنین می‌توانند به عنوان نشانگر دوربین‌های LiDAR و پلاریزاسیون مورد استفاده قرار گیرند.

نانوذرات پیچ خورده همچنین ممکن است به ایجاد شرایط مناسب برای تولید داروهای کایرال کمک کند. کایرالیته یکی از ویژگی های مهم داروها است، زیرا انانتیومرهای یک مولکول می توانند خواص شیمیایی و بیولوژیکی کاملاً متفاوتی داشته باشند. بنابراین تمایز بین آنها به ویژه برای کسانی که در حال توسعه داروهای جدید هستند مورد توجه است.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• ضرب کردن آینده با آدرین اشلی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/twisted-bowties-created-with-continuous-chirality/