A tudósok közel álltak a nanorobotok létrehozásához. Vannak anyagok ehhez: nanorészecskék, nanocsövek, grafén, különféle fehérjék. Mindegyik nagyon törékeny - ezek tanulmányozásához új, fejlettebb mikroszkópokra van szükség, amelyek a kutatási folyamat során nem rongálják az eszközt.
A nanorobotok az emberi élet számos területén hasznosak lehetnek, elsősorban az orvostudományban. Képzeljen el olyan apró okos eszközöket, amelyek csendben működnek bennünk, ellenőrzik a különböző paramétereket, és valós időben továbbítják az adatokat közvetlenül az orvos okostelefonjára. Egy ilyen robotnak biokompatibilis anyagból kell készülnie, amelyet a test nem utasít el, ehhez energiaforrásra és memóriára is szükség van.
Az akkumulátor itt nem fog segíteni, mivel növeli az eszköz méretét, és nem könnyű megtalálni számára biokompatibilis anyagot. A problémát piezoelektromos anyagok segítségével oldják meg - olyan anyagokkal, amelyek energiát generálnak, amikor mechanikusan alkalmazzák rájuk, például összenyomással. Ennek ellenkezője van - az elektromos mező hatására a piezoelektromos anyagokból készült szerkezetek megváltoztatják alakjukat.
A biokompatibilis piezoelektromos nanorobók az erekbe indíthatók, és pulzációjukat villamos energiává alakítják. Egy másik lehetőség az eszközök táplálása az izmok és az izmok mozgatásával. De akkor a nanorobotok nem képesek folyamatosan cselekedni, ellentétben az edényekben levőkkel.
Mindenesetre, a nanorobotok esetében ki kell választani a megfelelő anyagokat, és pontosan meg kell határozni, hogy mekkora nyomást kell gyakorolni az eszközre annak érdekében, hogy benne elektromos impulzus jöjjön létre.
Atomi kapcsolatok
Egy tárgy vagy egy felület nanoméretű felületének háromdimenziós képe egy atom erőmikroszkóp segítségével állítható elő. A következőképpen működik: bármely anyag atomjai kölcsönhatásba lépnek egymással, és a távolságtól függően, különböző módon. Nagy távolságokon vonzódnak, de közeledve az atomok elektronhéjai visszatükrözik egymást.
Promóciós videó:
„A szonda tű átmérője 1-30 nanométer, és megközelíti a minta felületét. Amint elég közel kerül, a szonda és a vizsgált tárgy atomjai visszatükröződni kezdenek. Ennek eredményeként a rugalmas kar, amelyhez a tű rögzítve van, meghajlik”- mondja Arseniy Kalinin, az NT-MDT Spectrum Instruments vezető fejlesztője.
A tű a felület mentén mozog, és a magassági különbségek megváltoztatják a konzol hajlítását, amelyet egy ultra-pontos optikai rendszer rögzít. Amint a szonda áthalad a felületen, a szoftver rögzíti a teljes domborművet, és 3D modellt készít róla. Ennek eredményeként kép alakul ki a számítógép képernyőjén, amely elemezhető: a minta általános érdességének, a felületén lévő tárgyak paramétereinek mérésére. Sőt, ezt a minták természetes környezetében - folyadékban, vákuumban -, különböző hőmérsékleteken végzik. A mikroszkóp vízszintes felbontását csak a szonda csúcsának átmérője korlátozza, míg a jó műszerek vertikális pontossága tíz pikométer, ami kisebb, mint egy atom mérete.
Az atomi erőmikroszkóp tűje vizsgálja a mintát / ITMO University Press Service.
Az atomerő mikroszkópia 30 éves fejlesztése során a tudósok megtanultak nemcsak a minta felületi megkönnyebbülésének, hanem az anyag tulajdonságainak meghatározására: mechanikai, elektromos, mágneses, piezoelektromos. És ezeket a paramétereket a legnagyobb pontossággal meg lehet mérni. Ez nagyban hozzájárult az anyagtudomány, a nanotechnológia és a biotechnológia fejlődéséhez.
A biológusok is üzleti életben vannak
A piezoelektromos paraméterek mérése az atomi erőmikroszkóp egyedi jellemzője. Hosszú ideig csak szilárdtest piezoelektromos anyagok tanulmányozására használták. A helyzet az, hogy a biológiai tárgyak meglehetősen lágyak, a szonda csúcsa könnyen károsítja őket. Mint egy eke, ekeli a felületet, elmozdítja és deformálja a mintát.
A közelmúltban az orosz és portugáliai fizikusok kitalálták, hogyan lehet atomerő mikroszkópos tűt készíteni, amely nem károsítja a biológiai mintát. Kidolgoztak egy algoritmust, amely szerint a szonda, amikor egyik pontról a másikra mozog, annyira elmozdul a felülettől, hogy semmilyen módon ne lépjen kölcsönhatásba vele. Ezután megérinti a vizsgált témát, és ismét felmegy, a következő pontra haladva. A tű természetesen továbbra is kissé megnyomhatja a felületet, de ez egy rugalmas kölcsönhatás, amely után egy tárgy, legyen az protein-molekula vagy sejt, könnyen helyreállítható. Ezenkívül a nyomás erejét egy speciális program vezérli. Ez a technológia lehetővé teszi egy biokompatibilis piezoelektromos szerkezet vizsgálatát annak károsítása nélkül.
„Az új módszer bármilyen atomerő mikroszkópra alkalmazható, feltéve, hogy van olyan speciális nagysebességű elektronika, amely feldolgozza a piezoelektromos választ a konzolból, és olyan szoftver, amely az adatokat térképpé konvertálja. Enyhe feszültség van a tűn. Az elektromos mező hat a mintára, és a szonda leolvassa annak mechanikus válaszát. A visszacsatolás hasonló, így kitalálhatjuk, hogyan lehet egy tárgyat kinyomni, hogy az reagáljon a kívánt elektromos jelre. Ez lehetővé teszi a kutató számára az új biokompatibilis élelmiszer-források keresését és tanulmányozását”- magyarázza Kalinin.