मुड़ी हुई धनुषाकार निरन्तर चिरायता के साथ निर्मित

अमेरिका में मिशिगन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने धनुषाकार आकार के नैनोसंरचित माइक्रोपार्टिकल्स बनाए हैं जिनकी चिरलिटी, या हैंडनेस को एक विस्तृत श्रृंखला में लगातार ट्यून किया जा सकता है। जटिल कण, जो सरल घटकों से निर्मित होते हैं जो ध्रुवीकृत प्रकाश के प्रति संवेदनशील होते हैं, विभिन्न प्रकार के कर्लिंग आकार बनाते हैं जिन्हें सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। फोटोनिक रूप से सक्रिय नैनोअसेंबली का उपयोग प्रकाश का पता लगाने और रेंजिंग (LiDAR) उपकरणों, चिकित्सा और मशीन दृष्टि सहित कई अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।

गणितीय शब्दों में, चिरैलिटी एक ज्यामितीय संपत्ति है, जिसे निरंतर गणितीय कार्यों द्वारा वर्णित किया जाता है जिसे एक मीठे आवरण के क्रमिक घुमाव के रूप में चित्रित किया जा सकता है। इसलिए समान आकृतियों और उत्तरोत्तर ट्यून करने योग्य चिरायता वाली स्थिर संरचनाओं का एक परिवार सैद्धांतिक रूप से संभव होना चाहिए। हालांकि, रसायन विज्ञान में, काइरैलिटी को अक्सर एक द्विआधारी विशेषता के रूप में माना जाता है, जिसमें अणु दो संस्करणों में आते हैं जिन्हें एनैन्टीओमर्स कहा जाता है, जो एक दूसरे की दर्पण छवियां हैं - मानव हाथों की एक जोड़ी की तरह। यह चिरायता अक्सर "लॉक इन" होती है और इसे संशोधित करने के किसी भी प्रयास के परिणामस्वरूप संरचना टूट जाती है।

सतत चिरायता

के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम निकोलस कोटोव अब दिखाया गया है कि अनिसोट्रोपिक बोटी आकार वाले नैनोस्ट्रक्चर में निरंतर चिरलिटी होती है, जिसका अर्थ है कि उन्हें एक मोड़ कोण, पिच चौड़ाई, मोटाई और लंबाई के साथ बनाया जा सकता है जिसे एक विस्तृत श्रृंखला में ट्यून किया जा सकता है। वास्तव में, मोड़ को पूरी तरह से मुड़ी हुई बाएँ हाथ की संरचना से लेकर एक सपाट पैनकेक तक और फिर पूरी तरह से मुड़ी हुई दाएँ हाथ की संरचना तक सभी तरह से नियंत्रित किया जा सकता है।

बाउटियां कैडमियम और सिस्टीन को मिलाकर बनाई जाती हैं, एक प्रोटीन का टुकड़ा जो बाएं और दाएं हाथ की किस्मों में आता है, और फिर इस मिश्रण को एक जलीय घोल में निलंबित कर दिया जाता है। यह प्रतिक्रिया नैनोशीट्स का निर्माण करती है जो रिबन में स्वयं-इकट्ठी हो जाती हैं और फिर एक-दूसरे के ऊपर स्वयं-स्टैक हो जाती हैं, जिससे धनुष के आकार के नैनोकण बनते हैं। नैनोरिबन्स को लगभग 50 एनएम की मोटाई के साथ 200-1.2 एनएम लंबाई वाले नैनोप्लेटलेट्स से इकट्ठा किया जाता है।

कोटोव बताते हैं, "महत्वपूर्ण बात यह है कि कणों का आकार नैनोशीट्स और समग्र कणों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन द्वारा स्व-प्रतिबंधित होता है," एक तंत्र जिसे हमने सुपरपार्टिकल्स और स्तरित नैनोकम्पोजिट्स पर पिछले अध्ययन में खोजा था।

यदि सिस्टीन सभी बाएँ हाथ का है, तो बाएँ हाथ का धनुष बनता है और यदि यह दाएँ हाथ का है, तो दाएँ हाथ का धनुष बनता है। हालाँकि, यदि मिश्रण में बाएँ और दाएँ हाथ के सिस्टीन के अलग-अलग अनुपात हैं, तो मध्यवर्ती मोड़ वाली संरचनाएँ बनाई जा सकती हैं। सबसे कड़ी बोटीज़ की पिच (अर्थात्, जिनकी पूरी लंबाई में 360° का घुमाव होता है) लगभग 4 µm होती है।

शोधकर्ताओं ने पाया कि नैनोस्ट्रक्चर गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश (जो कॉर्कस्क्रू-आकार में अंतरिक्ष में फैलता है) को केवल तभी प्रतिबिंबित करता है जब प्रकाश में मोड़ धनुषाकार आकार में मोड़ से मेल खाता है।

5000 विभिन्न आकार

टीम बोटी स्पेक्ट्रम के भीतर 5000 अलग-अलग आकृतियों का निर्माण करने में सफल रही और आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी में एक्स-रे विवर्तन, इलेक्ट्रॉन विवर्तन और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके परमाणु विस्तार से उनका अध्ययन किया। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) छवियों से पता चलता है कि धनुष 200-1200 एनएम लंबाई और 45 एनएम मोटे मुड़े हुए नैनोरिबन के ढेर के रूप में संरचित हैं।

सातत्य चिरलिटी का कारण नैनोस्केल बिल्डिंग ब्लॉक्स के आंतरिक गुणों के कारण आता है। सबसे पहले, लचीले हाइड्रोजन बांड परिवर्तनीय बांड कोणों की अनुमति देते हैं, कोटोव और उनके सहयोगियों ने समझाया। दूसरा, नैनोरिबन्स की आयनीकरण करने की क्षमता नैनोस्केल बिल्डिंग ब्लॉक्स के बीच लंबी दूरी की प्रतिकारक अंतःक्रिया की ओर ले जाती है जिसे पीएच और आयनिक ताकत को बदलकर एक विस्तृत श्रृंखला में समायोजित किया जा सकता है। और चूंकि नैनोरिबन्स मुड़ते हैं, कुल इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता चिरल हो जाती है, जो असेंबली की सुगमता को मजबूत करती है।

कोटोव बताते हैं, "हमने अपने पहले के काम में अध्ययन किए गए 'सरल' सुपरपार्टिकल्स की तुलना में, चिरल नैनोक्लस्टर से बने सुपरपार्टिकल्स अधिक जटिल संरचनाएं बना सकते हैं।" भौतिकी की दुनिया. “उनके इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन को नियंत्रित करने से हम उनके आकार और आकार को अलग-अलग कर सकते हैं। इन जटिल कणों जैसे सिंथेटिक रासायनिक प्रणालियों के लिए ऐसी चिरलिटी सातत्य स्थापित करने से हमें उनके गुणों को इंजीनियर करने की अनुमति मिलती है।

मुड़ प्रकाश वास्तविक समय में नैनोकणों को आकार के अनुसार अलग करता है

शोधकर्ता, जो अपने काम की रिपोर्ट करते हैं प्रकृति, कहते हैं कि वे अब मशीन विज़न में अपने बोटाई कणों के अनुप्रयोगों को देखने में व्यस्त हैं। कोटोव बताते हैं, "परिपत्रित ध्रुवीकृत प्रकाश प्रकृति में दुर्लभ है और इस प्रकार ऐसी दृष्टि के लिए बहुत आकर्षक है क्योंकि यह शोर को कम करने की अनुमति देता है।" "इंजीनियर्ड बोटी संरचनाओं का उपयोग LiDAR और ध्रुवीकरण कैमरों के लिए मार्कर के रूप में भी किया जा सकता है।"

मुड़े हुए नैनोकण चिरल दवाओं के उत्पादन के लिए सही स्थिति बनाने में भी मदद कर सकते हैं। चिरैलिटी दवाओं का एक महत्वपूर्ण गुण है, क्योंकि एक ही अणु के एनैन्टीओमर्स में पूरी तरह से अलग रासायनिक और जैविक गुण हो सकते हैं। इस प्रकार उनके बीच अंतर करना नई फार्मास्यूटिकल्स विकसित करने वालों के लिए विशेष रूप से रुचिकर है।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/twisted-bowties-created-with-continuous-chirality/