Учените се доближиха до създаването на нанороботи. За това има материали: наночастици, нанотрубки, графен, различни протеини. Всички те са много крехки - за да ги изследвате, са необходими нови, по-модерни микроскопи, които не увреждат устройството по време на процеса на изследване.
Нанороботите могат да бъдат полезни в много области на човешкия живот, предимно в медицината. Представете си мънички умни устройства, които тихо работят вътре в нас, контролират различни параметри, предават данни в реално време директно на смартфона на лекаря. Такъв робот трябва да бъде направен от биосъвместим материал, който не се отхвърля от тялото, той също се нуждае от източник на енергия и памет.
Тук батерията няма да помогне, тъй като увеличава размера на устройството и не е лесно да се намери биосъвместим материал за него. Проблемът се решава с помощта на пиезоелектрици - материали, които генерират енергия, когато механично се прилагат към тях, като компресия. Има и обратния ефект - в отговор на действието на електрическо поле структурите, изработени от пиезоелектрични материали, променят формата си.
Биосъвместимите пиезоелектрични нанороботи могат да бъдат пуснати в кръвоносни съдове и те превръщат пулсацията си в електричество. Друг вариант е да захранвате устройствата, като движите ставите и мускулите. Но тогава нанороботите няма да могат да действат постоянно, за разлика от тези в съдовете.
Във всеки случай за нанороботите е необходимо да се изберат подходящи материали и да се определи точно колко налягане трябва да се приложи върху устройството, за да се генерира електрически импулс в него.
Атомни отношения
Получава се триизмерно изображение на обект или повърхност на наноразмер, като се използва микроскоп с атомна сила. Той работи по следния начин: атомите във всяко вещество си взаимодействат помежду си и по различни начини, в зависимост от разстоянието. На големи разстояния те привличат, но когато се приближават, електронните обвивки на атомите се отблъскват взаимно.
Промоционално видео:
„Игла за сонда с диаметър от 1 до 30 нанометра се приближава до повърхността на пробата. Веднага щом се приближи достатъчно, атомите на сондата и обекта, който се изследва, ще започнат да се отблъскват. В резултат на това еластичната ръка, към която е прикрепена иглата, ще се огъне “, казва Арсений Калинин, водещ разработчик в NT-MDT Spectrum Instruments.
Иглата се движи по повърхността и всички разлики във височината променят огъването на конзолата, което се записва от ултра прецизна оптична система. Докато сондата преминава над повърхността, софтуерът записва целия релеф и изгражда 3D модел от него. В резултат на екрана на компютъра се формира картина, която може да се анализира: за измерване на общата грапавост на извадката, параметрите на обектите на повърхността. Освен това, това се прави в естествена среда за пробите - течна, вакуумна, при различни температури. Хоризонталната разделителна способност на микроскопа е ограничена само от диаметъра на върха на сондата, докато вертикалната точност на добрите инструменти е десетки пикометри, което е по-малко от размера на атом.
Иглата на атомно-силов микроскоп сондира пробата / ITMO University Press Service.
За 30 години на развитие на микроскопията на атомната сила учените се научиха да определят не само повърхностния релеф на пробата, но и свойствата на материала: механичен, електрически, магнитен, пиезоелектричен. И всички тези параметри могат да бъдат измерени с най-голяма точност. Това допринесе значително за напредъка на материалознанието, нанотехнологиите и биотехнологиите.
Биолозите също са в бизнеса
Измерването на пиезоелектрични параметри е уникална особеност на микроскопа с атомна сила. Дълго време той се използва само за изследване на твърдо състояние пиезоелектрици. Факт е, че биологичните обекти са доста меки; върхът на сондата лесно ги поврежда. Подобно на плуг, той оре повърхността, измества и деформира пробата.
Наскоро физици от Русия и Португалия измислиха как да направят игла за микроскоп с атомна сила, която да не повреди биологична проба. Те разработиха алгоритъм, според който сондата, когато се придвижва от една точка в друга, се отдалечава от повърхността достатъчно просто, за да не взаимодейства с нея по никакъв начин. След това докосва изследваната тема и отново се издига, насочвайки се към следващата точка. Разбира се, иглата все още може да натисне малко върху повърхността, но това е еластично взаимодействие, след което обект, било то протеинова молекула или клетка, лесно се възстановява. В допълнение, силата на натиск се контролира от специална програма. Тази технология дава възможност за изучаване на биосъвместима пиезоелектрична структура, без да я уврежда.
„Новият метод е приложим за всеки атомно-силов микроскоп, при условие че има специално проектирана високоскоростна електроника, която обработва пиезоелектричния отговор от конзолата и софтуер, който преобразува данните в карта. Леко напрежение се прилага към иглата. Електрическото поле действа върху пробата и сондата отчита нейната механична реакция. Обратната връзка е подобна, така че можем да разберем как да изтръгнем предмет, така че той да реагира с желания електрически сигнал. Това дава на изследователя инструмент за търсене и изучаване на нови биосъвместими хранителни източници “, обяснява Калинин.
