Нефть Brent
$75.17
+1.25%
12
МОСКВА, 21 января Ученые вплотную приблизились к тому, чтобы создавать нанороботов. Материалы для этого есть: наночастицы, нанотрубки, графен, различные белки. Все они очень хрупкие , чтобы их изучать, необходимым новые, более совершенные микротекстилы, не повреждающие устройство в процессе исследования.
Нанороботы могут быть полезны во многих сферах людской жизни, и в первую очередь в медицине. Представьте себе крошечные умные устройства, которые незаметно работают у нас внутри, контролируют разные критерии, передавая данные в реальном времени прямо на смартфон лекарю. Такой робот должен быть из биосовместимого материала, не отторгаемого организмом, ему также понадобятся источник питания и память.
Батарейка здесь не поможет, поскольку она увеличивает размер устройства, да и подобрать биосовместимый материал для нее непросто. Проблема решается с помощью пьезоэлектриков материалов, которые производят энергию при механическом воздействии на них, например сжатии. Существует и обратный эффект в ответ на воздействие электрическим полем структуры из пьезоэлектриков меняют свою форму.
Можно запустить биосовместмые пьезоэлектрические нанороботы в кровеносные сосуды, и они преобразуют их пульсацию в электроэнергию. Другой вариант питать устройства за счет движения суставов и мышц. Но тогда нанороботы не смогут думать постоянно, в отличие от тех, что в сосудах.
В любом случае для нанороботов необходимо подобрать подходящие материалы и точно определить, с какой силой нужно надавить на устройство, чтобы в нем возник гальванический импульс.
Атомные отношения
Объемное изображение объекта или поверхности на наноуровне получают с помощью атомно-силового микроскопа. Работает он следующим образом: атомы в любом веществе взаимодействуют между собой, причем по-разному, в зависимости от расстояния. На больших расстояниях они притягиваются, но при сближении электронные пелены атомов отталкиваются друг от друга.
Игла-зонд с наконечником калибра 1-30 нанометров приближается к поверхности образца. Как только она подойдет достаточно близко, атомы зонда и исследуемого объекта начнут отталкиваться. В итоге упругая консоль, к которой пришитая игла, изогнется, рассказывает Арсений Калинин, ведущий разработчик NT-MDT Spectrum Instruments.
Игла перемещается вдоль поверхности, и любые перепады высоты меняют изгиб консоли, что регистрирует сверхточная оптическая система. По мере прохождения зонда над поверхностью программное обеспечение записывает весь рельеф и строит его трехмерную модель. В итоге на экране компьютера образуется картинка, которую уже можно анализировать: измерять общую шероховатость образца, параметры объектов на поверхности. Причем это становится в естественной для образцов среде жидкости, вакууме, при разных температурах. Разрешение микроскопа по горизонтали сокращённого лишь диаметром острия зонда, а по вертикали точность хороших приборов составляет десятки пикометров, что меньше размера атома.
За 30 лет распространения атомно-силовой микроскопии ученые научились идентифицировать не только рельеф поверхности патрона, но и свойства материала: механические, электрические, магнитные, пьезоэлектрические. И все эти параметры можно обойти с высочайший точностью. Это весьма способствовало прогрессу материаловедения, нанотехнологий и биотехнологий.
Биологи тоже в деле
Измерение пьезоэлектрических параметров необычная особенность атомно-силового микроскопа. Долгое время ее использовали только для исследования твердотельных пьезоэлектриков. Дело в том, что биологические объекты довольно мягкие, острие зонда легко повреждает их. Словно плуг, оно пропахивает поверхность, смещает и деформирует образец.
Недавно физики из России и Португалии придумали, как сделать иглу атомно-силового микроскопа, не повреждающую биологический образец. Они запустили алгоритм, по которому щуп при движении от одной точки к другой удаляется от поверхности ровно настолько, чтобы никак не взаимодействовать с ней. Потом он касается изучаемого предмета и снова поднимается, адресуюсь к следующей точке. Конечно, игла все равно может немного надавить на поверхность, но это упругое взаимодействие, после которого объект, будь то молекула белка или клетка, легко восстанавливается. Кроме того, сила давления испытывается специальной программой. Эта технология позволяет изучать биосовместимую пьезоэлектрическую строму, не травмируя ее.
Новый метод применим на любом атомно-силовом микроскопе при наличии умышленного разработанной высокоскоростной электроники, возделывающей пьезоэлектрический отклик-сигнал с консоли, и программного обеспечения, трансформирующего полученные данные в карту. На иглу подается небольшое напряжение. Электрическое поле воздействует на образец, а зонд определяет его механический отклик. Обратная реакция аналогична, поэтому мы можем понять, как сдавить объект, чтобы он отреагировал нужным электрическим сигналом. Это дает исследователю инструмент для поиска и изучения новых биосовместимых источников питания, иллюстрирует Калинин.
