Vedci sa priblížili k vytváraniu nanorobotov. Na tento účel existujú materiály: nanočastice, nanorúrky, grafén, rôzne proteíny. Všetky sú veľmi krehké - na ich štúdium sú potrebné nové, pokročilejšie mikroskopy, ktoré nepoškodia zariadenie počas výskumného procesu.
Nanoroboty môžu byť užitočné v mnohých oblastiach ľudského života, najmä v medicíne. Predstavte si malé inteligentné zariadenia, ktoré v nás ticho pracujú, ovládajú rôzne parametre, prenášajú údaje v reálnom čase priamo do lekárskeho smartfónu. Takýto robot musí byť vyrobený z biokompatibilného materiálu, ktorý nie je v tele vylúčený, potrebuje tiež zdroj energie a pamäť.
Batéria tu nepomôže, pretože zväčšuje veľkosť zariadenia a nie je ľahké nájsť biologicky kompatibilný materiál. Tento problém sa rieši pomocou piezoelektrických materiálov - materiálov, ktoré pri mechanickom pôsobení na ne generujú energiu, ako je kompresia. Je tu aj opačný efekt - v reakcii na pôsobenie elektrického poľa, štruktúry vyrobené z piezoelektrických materiálov menia svoj tvar.
Biokompatibilné piezoelektrické nanoroboty sa môžu vypúšťať do krvných ciev a premieňajú svoju pulzáciu na elektrickú energiu. Ďalšou možnosťou je napájanie zariadení pohybom kĺbov a svalov. Potom však nanoroboty nebudú schopné konať neustále, na rozdiel od tých v cievach.
V každom prípade je pre nanoroboty potrebné zvoliť vhodné materiály a presne určiť, aký veľký tlak musí byť na zariadenie vyvíjaný, aby sa v ňom vytvoril elektrický impulz.
Atómové vzťahy
Pomocou mikroskopu s atómovou silou sa získa trojrozmerný obraz predmetu alebo povrchu v nanom meradle. Funguje to nasledovne: atómy v akejkoľvek látke interagujú navzájom a rôznymi spôsobmi v závislosti od vzdialenosti. Na veľké vzdialenosti priťahujú, ale keď sa blížia, elektrónové náboje atómov sa navzájom odpudzujú.
Propagačné video:
„Sonda ihly s priemerom špičky 1 - 30 nanometrov sa približuje k povrchu vzorky. Akonáhle sa dostane dosť blízko, atómy sondy a študovaného objektu sa začnú odraziť. V dôsledku toho sa elastické rameno, ku ktorému je pripojená ihla, ohne, “hovorí Arseniy Kalinin, vedúci vývojár v spoločnosti NT-MDT Spectrum Instruments.
Ihla sa pohybuje po povrchu a akékoľvek výškové rozdiely menia ohyb konzoly, ktorý je zaznamenaný ultra presným optickým systémom. Keď sonda prechádza cez povrch, softvér zaznamenáva celú reliéf a vytvára z nej 3D model. Výsledkom je vytvorenie obrazu na obrazovke počítača, ktorý možno analyzovať: na meranie celkovej drsnosti vzorky, parametrov objektov na povrchu. Navyše sa to robí v prirodzenom prostredí pre vzorky - tekuté, vákuové, pri rôznych teplotách. Horizontálne rozlíšenie mikroskopu je obmedzené iba priemerom špičky sondy, zatiaľ čo vertikálna presnosť dobrých prístrojov je desiatky picometrov, čo je menej ako veľkosť atómu.
Ihla mikroskopu atómovej sily sonduje vzorku / ITMO University Press Press Service.
Za 30 rokov vývoja atómovej mikroskopie sa vedci naučili určovať nielen povrchovú reliéf vzorky, ale aj vlastnosti materiálu: mechanické, elektrické, magnetické, piezoelektrické. A všetky tieto parametre je možné merať s najvyššou presnosťou. To výrazne prispelo k pokroku v oblasti materiálovej vedy, nanotechnológie a biotechnológie.
Biológovia tiež podnikajú
Meranie piezoelektrických parametrov je jedinečným znakom mikroskopu atómovej sily. Po dlhú dobu sa používal iba na štúdium piezoelektriky v tuhom skupenstve. Faktom je, že biologické objekty sú dosť mäkké, špička sondy ich ľahko poškodí. Rovnako ako pluh, pluhuje povrch, posúva a deformuje vzorku.
Fyzici z Ruska a Portugalska nedávno prišli na to, ako vyrobiť mikroskopickú ihlu atómovej sily, ktorá nepoškodí biologickú vzorku. Vyvinuli algoritmus, podľa ktorého sa sonda, keď sa pohybuje z jedného bodu do druhého, pohybuje dostatočne ďaleko od povrchu, aby s ňou nijako neinteragovala. Potom sa dotkne študovaného predmetu a znova vstane a zamieri k ďalšiemu bodu. Ihla môže samozrejme stále trochu tlačiť na povrch, ale jedná sa o elastickú interakciu, po ktorej sa ľahko obnoví predmet, či už ide o proteínovú molekulu alebo bunku. Okrem toho je sila tlaku riadená špeciálnym programom. Táto technológia umožňuje študovať biokompatibilnú piezoelektrickú štruktúru bez jej poškodenia.
„Nová metóda je použiteľná pre akýkoľvek atómový silový mikroskop za predpokladu, že existuje špeciálne navrhnutá vysokorýchlostná elektronika, ktorá spracováva piezoelektrickú odozvu z konzoly a softvéru, ktorý prevádza údaje do mapy. Na ihlu je privedené malé napätie. Elektrické pole pôsobí na vzorku a sonda sníma svoju mechanickú odozvu. Spätná väzba je podobná, takže môžeme zistiť, ako stlačiť objekt, aby reagoval správnym elektrickým signálom. To poskytuje výskumníkovi nástroj na vyhľadávanie a štúdium nových biokompatibilných zdrojov potravy, “vysvetľuje Kalinin.