Znanstvenici su se približili stvaranju nanorobota. Za to postoje materijali: nanočestice, nanocjevčice, grafen, razni proteini. Svi su oni vrlo krhki - za njihovo proučavanje potrebni su novi, napredniji mikroskopi koji ne oštećuju uređaj tijekom procesa istraživanja.
Nanoroboti mogu biti korisni u mnogim područjima ljudskog života, prvenstveno u medicini. Zamislite sićušne pametne uređaje koji tiho rade u nama, kontroliraju različite parametre, prenoseći podatke u stvarnom vremenu izravno na liječnikov pametni telefon. Takav robot mora biti izrađen od biokompatibilnog materijala koji tijelo ne odbacuje, njemu su potrebni i izvor napajanja i memorija.
Ovdje baterija neće pomoći jer povećava veličinu uređaja i nije lako pronaći biokompatibilan materijal za njega. Problem se rješava uz pomoć piezoelektričara - materijala koji stvaraju energiju kada se na njih mehanički primjenjuju, poput kompresije. Postoji i suprotan učinak - kao odgovor na djelovanje električnog polja, konstrukcije izrađene od piezoelektričnih materijala mijenjaju svoj oblik.
Biokompatibilni piezoelektrični nanoroboti mogu se lansirati u krvne žile i oni pretvaraju svoju pulsaciju u električnu energiju. Druga je mogućnost napajanje uređaja pomicanjem zglobova i mišića. Ali tada nanoroboti neće moći stalno djelovati, za razliku od onih u posudama.
U svakom slučaju, za nanorobote je potrebno odabrati prikladne materijale i točno odrediti koliki pritisak mora biti na uređaj kako bi se u njemu stvorio električni impuls.
Atomski odnosi
Trodimenzionalna slika objekta ili površine na nanosovini dobiva se pomoću mikroskopa atomske sile. Djeluje na sljedeći način: atomi u bilo kojoj tvari međusobno djeluju i na različite načine, ovisno o udaljenosti. Na velikim udaljenostima privlače se, ali kako se približavaju, elektronske ljuske atoma odbijaju se jedna drugu.
Promotivni video:
„Igla sonde s vrhom promjera 1-30 nanometara približava se površini uzorka. Čim se dovoljno približi, atomi sonde i ispitivanog predmeta počet će se odbijati. Kao rezultat toga, elastična ruka na koju je igla pričvršćena će se saviti , kaže Arseniy Kalinin, vodeći programer u NT-MDT Spectrum Instruments.
Igla se kreće po površini, a bilo kakve visinske razlike mijenjaju zavoj konzole, što bilježi ultra precizan optički sustav. Kako sonda prolazi površinom, softver bilježi čitav reljef i gradi 3D model od njega. Kao rezultat, na zaslonu računala nastaje slika koja se može analizirati: za mjerenje ukupne hrapavosti uzorka, parametara predmeta na površini. Štoviše, ovo se vrši u prirodnom okruženju za uzorke - tekućina, vakuum, pri različitim temperaturama. Vodoravna rezolucija mikroskopa ograničena je samo promjerom vrha sonde, dok je vertikalna točnost dobrih instrumenata desetina pikometara, što je manje od veličine jednog atoma.
Igla mikroskopa atomske sile ispitiva uzorak / ITMO University Press Service.
Tijekom 30 godina razvoja mikroskopije atomske sile, znanstvenici su naučili utvrđivati ne samo površinski reljef uzorka, već i svojstva materijala: mehanički, električni, magnetski, piezoelektrični. I svi se ti parametri mogu mjeriti s najvećom točnošću. To je uvelike pridonijelo napretku znanosti o materijalima, nanotehnologiji i biotehnologiji.
Biolozi također posluju
Mjerenje piezoelektričnih parametara jedinstvena je karakteristika mikroskopa atomske sile. Dugo se koristila samo za proučavanje piezoelektrike u čvrstom stanju. Činjenica je da su biološki objekti prilično mekani, vrh sonde ih lako oštećuje. Poput pluga pluta površinu, premješta i deformira uzorak.
Nedavno su fizičari iz Rusije i Portugala smislili kako napraviti iglu za atomsku silu mikroskopa koja neće oštetiti biološki uzorak. Razvili su algoritam prema kojem se sonda, kad se kreće s jedne točke na drugu, odmiče od površine tek toliko da ne bi na bilo koji način utjecala na nju. Zatim dodirne predmet koji se proučava i ponovo se diže, krećući do sljedeće točke. Naravno, igla još uvijek može malo pritisnuti na površinu, ali ovo je elastična interakcija, nakon koje se predmet, bilo da se radi o molekuli proteina ili stanici, lako obnavlja. Pored toga, sila pritiska kontrolira se posebnim programom. Ova tehnologija omogućava proučavanje biokompatibilne piezoelektrične strukture bez oštećenja.
"Nova metoda je primjenjiva na bilo koji atomski sila mikroskop, pod uvjetom da postoji posebno dizajnirana elektronika velike brzine koja obrađuje piezoelektrični odgovor s konzole i softver koji pretvara podatke u kartu. Na iglu se primjenjuje lagani napon. Električno polje djeluje na uzorak, a sonda očitava svoj mehanički odgovor. Povratne informacije su slične, tako da možemo shvatiti kako stisnuti predmet tako da reagira na željeni električni signal. To daje istraživaču alat za pretraživanje i proučavanje novih biokompatibilnih izvora hrane ", objašnjava Kalinin.