Dasi kupu-kupu bengkok dibuat dengan kiralitas terus menerus

Para peneliti di University of Michigan di AS telah menciptakan mikropartikel berstrukturnano berbentuk bowtie yang chirality, atau kidalnya, dapat disetel terus menerus dalam rentang yang luas. Partikel kompleks, yang dibangun dari komponen sederhana yang peka terhadap cahaya terpolarisasi, membentuk berbagai bentuk keriting yang dapat dikontrol dengan tepat. Rakitan nano yang aktif secara fotonik dapat digunakan dalam sejumlah aplikasi, termasuk perangkat deteksi dan jangkauan cahaya (LiDAR), obat-obatan, dan visi mesin.

Dalam istilah matematika, kiralitas adalah properti geometris, dijelaskan oleh fungsi matematika kontinu yang dapat digambarkan sebagai pemuntiran pembungkus manis secara bertahap. Keluarga struktur stabil dengan bentuk yang serupa dan kiralitas yang semakin dapat disetel oleh karena itu secara teori harus dimungkinkan. Namun, dalam kimia, kiralitas sering diperlakukan sebagai karakteristik biner, dengan molekul datang dalam dua versi yang disebut enansiomer, yang merupakan bayangan cermin satu sama lain – seperti sepasang tangan manusia. Kiralitas ini sering kali "terkunci" dan setiap upaya untuk memodifikasinya mengakibatkan kerusakan struktur.

Kiralitas terus menerus

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Nicholas Kotov sekarang telah menunjukkan bahwa struktur nano dengan bentuk dasi kupu-kupu anisotropik memiliki kiralitas kontinu, yang berarti bahwa struktur tersebut dapat dibuat dengan sudut puntiran, lebar pitch, ketebalan, dan panjang yang dapat disetel dalam rentang yang luas. Memang, pelintiran dapat dikontrol mulai dari struktur tangan kiri yang dipelintir penuh hingga panekuk datar dan kemudian ke struktur tangan kanan yang dipelintir sepenuhnya.

Dasi kupu-kupu dibuat dengan mencampur kadmium dan sistein, sebuah fragmen protein yang tersedia dalam varietas tangan kiri dan kanan, dan kemudian menangguhkan campuran ini dalam larutan berair. Reaksi ini menghasilkan lembaran nano yang merakit sendiri menjadi pita yang kemudian menumpuk sendiri di atas satu sama lain, membentuk partikel nano berbentuk dasi kupu-kupu. Nanoribbons dirakit dari nanoplatelet dengan panjang 50-200 nm dengan ketebalan sekitar 1.2 nm

“Yang penting, ukuran partikel dibatasi sendiri oleh interaksi elektrostatik antara lembaran nano dan partikel secara keseluruhan,” jelas Kotov, “mekanisme yang kami temukan dalam penelitian sebelumnya tentang suprapartikel dan nanokomposit berlapis.”

Jika sistein semuanya kidal, bentuk dasi kupu-kupu kidal dan jika kidal, bentuk dasi tangan kanan. Namun, jika campuran mengandung rasio sistein kiri dan tangan kanan yang berbeda, struktur dengan putaran menengah dapat dibuat. Pitch dari dasi kupu-kupu yang paling rapat (yaitu, yang memiliki putaran 360° sepanjang panjangnya), adalah sekitar 4 µm.

Para peneliti menemukan bahwa struktur nano memantulkan cahaya terpolarisasi sirkular (yang menyebar melalui ruang dalam bentuk pembuka botol) hanya ketika putaran cahaya cocok dengan putaran dalam bentuk dasi kupu-kupu.

5000 bentuk berbeda

Tim berhasil menghasilkan 5000 bentuk berbeda dalam spektrum bowtie dan mempelajarinya secara detail atom menggunakan difraksi sinar-X, difraksi elektron, dan mikroskop elektron di Argonne National Laboratory. Gambar pemindaian mikroskop elektron (SEM) menunjukkan bahwa dasi kupu-kupu disusun sebagai tumpukan nanoribbons bengkok dengan panjang 200–1200 nm dan tebal 45 nm.

Alasan kiralitas kontinum datang berkat sifat intrinsik dari blok bangunan berskala nano. Pertama, ikatan hidrogen fleksibel memungkinkan sudut ikatan variabel, jelas Kotov dan rekannya. Kedua, kemampuan nanoribbons untuk mengionisasi menyebabkan interaksi tolak-menolak jarak jauh antara blok bangunan berskala nano yang dapat disetel dalam rentang yang luas dengan mengubah pH dan kekuatan ionik. Dan karena nanoribbons berputar, potensi elektrostatik total menjadi kiral, yang memperkuat sifat kidal rakitan.

“Dibandingkan dengan suprapartikel 'sederhana' yang kami pelajari dalam pekerjaan kami sebelumnya, yang terbuat dari nanocluster kiral dapat membentuk struktur yang lebih kompleks,” kata Kotov Dunia Fisika. “Mengontrol interaksi elektrostatik mereka memungkinkan kita memvariasikan ukuran dan bentuknya. Membangun kontinum kiralitas untuk sistem kimia sintetik, seperti partikel kompleks ini, memungkinkan kami merekayasa sifat-sifatnya.”

Cahaya bengkok memisahkan nanopartikel berdasarkan ukuran secara real time

Para peneliti, yang melaporkan pekerjaan mereka di Alam, katakanlah mereka sekarang sibuk mencari aplikasi untuk partikel bowtie mereka dalam visi mesin. “Cahaya terpolarisasi sirkular jarang terjadi di alam dan karenanya sangat menarik untuk penglihatan seperti itu karena memungkinkan seseorang untuk menghilangkan kebisingan,” jelas Kotov. “Struktur bowtie yang direkayasa juga dapat digunakan sebagai penanda untuk kamera LiDAR dan polarisasi.”

Partikel nano bengkok juga dapat membantu menciptakan kondisi yang tepat untuk memproduksi obat kiral. Sifat kiralitas adalah sifat obat yang penting, karena enansiomer dari molekul yang sama dapat memiliki sifat kimia dan biologis yang sama sekali berbeda. Membedakan antara mereka dengan demikian sangat menarik bagi mereka yang mengembangkan obat-obatan baru.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/twisted-bowties-created-with-continuous-chirality/