Vědci se přiblížili vytváření nanorobotů. K tomu existují materiály: nanočástice, nanotrubice, grafen, různé proteiny. Všechny jsou velmi křehké - pro jejich studium jsou zapotřebí nové, pokročilejší mikroskopy, které nepoškodí zařízení během výzkumného procesu.
Nanoroboty mohou být užitečné v mnoha oblastech lidského života, zejména v medicíně. Představte si malá inteligentní zařízení, která tiše pracují uvnitř nás, ovládají různé parametry, přenášejí data v reálném čase přímo do lékařského smartphonu. Takový robot musí být vyroben z biokompatibilního materiálu, který není tělem odmítnut, potřebuje také zdroj energie a paměť.
Baterie zde nepomůže, protože zvětšuje velikost zařízení a není snadné najít pro ni biokompatibilní materiál. Problém je vyřešen pomocí piezoelektrik - materiálů, které generují energii, když se na ně mechanicky aplikují, jako je komprese. Je zde také opačný efekt - v reakci na působení elektrického pole mění struktury vyrobené z piezoelektrických materiálů svůj tvar.
Biokompatibilní piezoelektrické nanoroboty mohou být vypuštěny do krevních cév a jejich pulsace přeměňují na elektřinu. Další možností je napájení zařízení pohybem kloubů a svalů. Pak však nanoroboty nebudou moci jednat neustále, na rozdíl od těch v cévách.
V každém případě je u nanorobotů nutné vybrat vhodné materiály a přesně určit, jaký tlak musí být na zařízení vyvíjen, aby v něm vznikl elektrický impuls.
Atomové vztahy
Pomocí mikroskopu atomové síly se získá trojrozměrný obraz předmětu nebo povrchu v nanoměřítku. Funguje to následovně: atomy v jakékoli látce interagují navzájem a různými způsoby, v závislosti na vzdálenosti. Na velké vzdálenosti přitahují, ale jak se přibližují, náboje elektronů atomů se navzájem odpuzují.
Propagační video:
„Sonda s jehlou o průměru 1-30 nanometrů se přibližuje k povrchu vzorku. Jakmile se dost blíží, atomy sondy a studovaného objektu se začnou odrazit. V důsledku toho se elastické rameno, ke kterému je připojena jehla, ohne, “říká Arseniy Kalinin, vedoucí vývojář ve společnosti NT-MDT Spectrum Instruments.
Jehla se pohybuje po povrchu a jakékoli výškové rozdíly mění ohyb konzoly, který je zaznamenáván ultra přesným optickým systémem. Jak sonda prochází povrchem, software zaznamenává celou reliéf a vytváří jej 3D model. Výsledkem je, že na obrazovce počítače se vytvoří obrázek, který lze analyzovat: pro měření celkové drsnosti vzorku, parametrů objektů na povrchu. Navíc se to provádí v přirozeném prostředí pro vzorky - kapalina, vakuum, při různých teplotách. Horizontální rozlišení mikroskopu je omezeno pouze průměrem špičky sondy, zatímco vertikální přesnost dobrých přístrojů je desítky picometrů, což je méně než velikost atomu.
Jehla mikroskopu atomové síly sonduje vzorek / ITMO University Press Service.
Za 30 let vývoje mikroskopie atomové síly se vědci naučili nejen určovat povrchovou reliéf vzorku, ale také vlastnosti materiálu: mechanické, elektrické, magnetické, piezoelektrické. A všechny tyto parametry lze měřit s nejvyšší přesností. To výrazně přispělo k pokroku v materiálových vědách, nanotechnologiích a biotechnologiích.
Biologové také podnikají
Měření piezoelektrických parametrů je jedinečný rys mikroskopu atomové síly. Po dlouhou dobu se používal pouze pro studium piezoelektrik v pevné fázi. Faktem je, že biologické objekty jsou docela měkké, špička sondy je snadno poškodí. Stejně jako pluh, pluhuje povrch, posune a deformuje vzorek.
Fyzici z Ruska a Portugalska nedávno přišli na to, jak vyrobit mikroskopickou jehlu atomové síly, která nepoškodí biologický vzorek. Vyvinuli algoritmus, podle kterého se sonda, když se pohybuje z jednoho bodu do druhého, pohybuje od povrchu jen tak, aby s ní nijak neinteragovala. Potom se dotkne studovaného předmětu a znovu vstane a zamíří k dalšímu bodu. Jehla může stále ještě trochu tlačit na povrch, ale jedná se o elastickou interakci, po které se snadno obnoví předmět, ať už jde o proteinovou molekulu nebo buňku. Kromě toho je síla tlaku řízena zvláštním programem. Tato technologie umožňuje studovat biokompatibilní piezoelektrickou strukturu bez poškození.
„Nová metoda je použitelná pro jakýkoli mikroskop s atomovou silou za předpokladu, že existuje speciálně navržená vysokorychlostní elektronika, která zpracovává piezoelektrickou odezvu z konzole a softwaru, který převádí data do mapy. Na jehlu je přivedeno malé napětí. Elektrické pole působí na vzorek a sonda čte jeho mechanickou odezvu. Zpětná vazba je podobná, takže můžeme přijít na to, jak stlačit objekt tak, aby reagoval s požadovaným elektrickým signálem. To poskytuje výzkumníkovi nástroj pro vyhledávání a studium nových biokompatibilních zdrojů potravin, “vysvětluje Kalinin.