Oamenii de știință s-au apropiat de crearea nanorobotilor. Există materiale pentru acest lucru: nanoparticule, nanotuburi, grafen, diverse proteine. Toate sunt foarte fragile - pentru a le studia, sunt necesare microscoape noi, mai avansate, care nu deteriorează dispozitivul în timpul procesului de cercetare.
Nanorobotii pot fi utili în multe domenii ale vieții umane, în primul rând în medicină. Imaginează-ți mici dispozitive inteligente care funcționează în liniște în interiorul nostru, controlează diverși parametri, transmit date în timp real direct la smartphone-ul medicului. Un astfel de robot trebuie să fie confecționat dintr-un material biocompatibil care nu este respins de organism, are nevoie și de o sursă de energie și de memorie.
Bateria nu va ajuta aici, deoarece crește dimensiunea dispozitivului și nu este ușor să găsiți un material biocompatibil pentru acesta. Problema este rezolvată cu ajutorul piezoelectrice - materiale care generează energie atunci când sunt aplicate mecanic la acestea, cum ar fi compresia. Există, de asemenea, efectul opus - ca răspuns la acțiunea unui câmp electric, structurile din materiale piezoelectrice își schimbă forma.
Nanorobotele piezoelectrice biocompatibile pot fi lansate în vase de sânge și își transformă pulsiunea în electricitate. O altă opțiune este de a alimenta dispozitivele prin mișcarea articulațiilor și mușchilor. Dar atunci nanorobotii nu vor putea acționa constant, spre deosebire de cei din vase.
În orice caz, este necesar să selectați materiale adecvate pentru nanoroboturi și să determinați exact câtă presiune trebuie să fie aplicată dispozitivului pentru a genera un impuls electric în el.
Relații atomice
O imagine tridimensională a unui obiect sau a unei suprafețe la nano-scală este obținută folosind un microscop de forță atomică. Acționează astfel: atomii din orice substanță interacționează între ei și în moduri diferite, în funcție de distanță. La distanțe mari, ei atrag, dar pe măsură ce se apropie, cojile de electroni ale atomilor se resping reciproc.
Video promotional:
„Un ac de sondă cu un vârf de 1-30 nanometri în diametru se apropie de suprafața probei. De îndată ce se va apropia suficient de mult, atomii sondei și obiectul studiat vor începe să se respingă. În consecință, brațul elastic, de care este atașat acul, se va îndoi”, spune Arseniy Kalinin, dezvoltatorul principal al NT-MDT Spectrum Instruments.
Acul se mișcă de-a lungul suprafeței și orice diferență de înălțime schimbă cotul consolei, care este înregistrat de un sistem optic ultra-precis. Pe măsură ce sonda trece peste suprafață, software-ul înregistrează întregul relief și construiește un model 3D al acestuia. Drept urmare, pe ecranul computerului se formează o imagine, care poate fi analizată: pentru a măsura rugozitatea generală a eșantionului, parametrii obiectelor de pe suprafață. Mai mult, acest lucru se realizează într-un mediu natural pentru probe - lichid, vid, la diferite temperaturi. Rezoluția orizontală a microscopului este limitată doar de diametrul vârfului sondei, în timp ce precizia verticală a instrumentelor bune este de zeci de picometri, care este mai mică decât dimensiunea unui atom.
Acul unui microscop cu forță atomică sondează proba / Serviciul de presă al Universității ITMO.
Timp de 30 de ani de dezvoltare a microscopiei cu forță atomică, oamenii de știință au învățat să determine nu numai relieful de suprafață al eșantionului, ci și proprietățile materialului: mecanice, electrice, magnetice, piezoelectrice. Și toți acești parametri pot fi măsurați cu cea mai mare precizie. Acest lucru a contribuit foarte mult la progresul științei materialelor, nanotehnologiei și biotehnologiei.
Biologii sunt și ei în afaceri
Măsurarea parametrilor piezoelectrici este o caracteristică unică a microscopului cu forță atomică. Multă vreme, a fost utilizat doar pentru studiul piezoelectricelor în stare solidă. Cert este că obiectele biologice sunt destul de moi, vârful sondei le dăunează cu ușurință. La fel ca un plug, acesta plugează suprafața, deplasează și deformează proba.
Recent, fizicienii din Rusia și Portugalia și-au dat seama cum să facă un ac microscop cu forță atomică care să nu deterioreze o probă biologică. Ei au dezvoltat un algoritm conform căruia sonda, atunci când se deplasează dintr-un punct în altul, se îndepărtează de suprafață suficient pentru a nu interacționa cu ea în niciun fel. Apoi atinge subiectul studiat și se ridică din nou, îndreptându-se către punctul următor. Desigur, acul mai poate apăsa puțin pe suprafață, dar aceasta este o interacțiune elastică, după care un obiect, fie că este o moleculă de proteină sau o celulă, este ușor restaurat. În plus, forța presiunii este controlată de un program special. Această tehnologie face posibilă studierea unei structuri piezoelectrice biocompatibile fără a o deteriora.
„Noua metodă se aplică oricărui microscop de forță atomică, cu condiția să existe o electronică specială de mare viteză, care procesează răspunsul piezoelectric de la consolă și software care transformă datele într-o hartă. Se aplică o ușoară tensiune la ac. Câmpul electric acționează asupra probei, iar sonda își citește răspunsul mecanic. Feedback-ul este similar, așa că ne putem da seama cum să stoarceți un obiect, astfel încât acesta să răspundă cu semnalul electric dorit. Acest lucru oferă cercetătorului un instrument pentru a căuta și studia noi surse de alimente biocompatibile”, explică Kalinin.
