Les Chercheurs proposent les photomotors modèles pour le transport rapide de nanoparticle

Les Scientifiques de l'Institut de Moscou de la Physique et de la Technologie (MIPT), de l'Institut de Semenov de la Physique Chimique de l'Académie des Sciences Russe (ICP RAS), et de l'Institut de Chuiko de la Chimie Extérieure de l'Académie Nationale des Sciences de l'Ukraine (ISC NASU) ont proposé un photomotor de doublet nanosized par modèle basé sur le phénomène de la redistribution provoquée par la lumière de charge. Déclenché par un pouls de laser, ce dispositif minuscule est capable du mouvement dirigé à une vitesse record et est assez puissant pour supporter une certaine charge. Les découvertes de recherches ont été publiées au Tourillon de la Physique Chimique.

« Les caractéristiques sans précédent des photomotors de doublet basés sur des nanoclusters de semi-conducteur offrent l'espérance d'adresser plus que juste un certain manque de la famille de translation de photomotors. Ces dispositifs pourraient réellement être appliqués partout où le transport rapide de nanoparticle est exigé. En chimie et physique, ils pourraient aider à développer analytique neuf et les instruments synthétiques, alors qu'en biologie et médicament ils pourraient être employés pour livrer des médicaments aux tissus malades, améliorent des stratégies de thérapie génique, et ainsi de suite, » dit Prof. Leonid Trakhtenberg du Service de la Physique Moléculaire et Chimique à MIPT, qui est l'amorce de l'équipe de recherche et du chef du Laboratoire de Nanocomposites Fonctionnel à ICP RAS.

Prof. Trakhtenberg a collaboré avec Prof. Viktor Rozenbaum, qui dirige le Service de la Théorie de Systèmes de Nanostructured à l'ISC NASU, pour développer la théorie de transport moléculaire photoinduced. Cette théorie fournit un cadre pour le design des nanomachines, dont le mouvement peut être réglé par un laser. Les scientifiques ont déterminé la relation entre plusieurs paramètres modèles (par exemple, cotes de particules, le photoexcitation révise Etc.) et la caractéristique de jeu clé du dispositif--sa vitesse moyenne.

Moteurs Browniens

Les nanomotors Dirigés ont des prototypes en nature. Les Organismes vivants se servent des dispositifs de protéine pilotés par les procédés externes de non-équilibre d'une nature différente, qui sont connus comme Browniens, ou des moteurs moléculaires. Ils sont capables de convertir le mouvement Brownien irrégulier en mouvement de translation, réciproque, ou rotation dirigée. Des moteurs Browniens sont concernés dans la contraction musculaire, la mobilité de cellules (motilité flagellaire des bactéries), et l'intra- et intercellulaire transport des organelles et les particules relativement grandes des substances variées (par exemple, phagocytose, ou la « cellule mangeant », et l'élimination des produits de déchets métaboliques de la cellule). Ces dispositifs fonctionnent avec étonnamment une haute performance approchant 100%.

La « Compréhension des mécanismes fondamentaux du fonctionnement des moteurs moléculaires naturels nous permet non seulement de les reproduire mais de concevoir également les dispositifs artificiels multifonction très efficaces neufs qui pourraient éventuellement être appliqués dans le nanorobotics. Pour le bout plusieurs décennies, chercheurs et ingénieurs dans zones variées avaient fonctionné ensemble et avaient accompli du progrès réel vers le développement des nanomachines contrôlables. Les résultats de leur travail ont été identifiés comme accomplissement hautement approprié et une amélioration significatif en science et technologie, quand le Prix 2016 Nobel en Chimie a été attribué « pour le design et la synthèse des machines moléculaires, «  » indique Prof. Rozenbaum.

Un moteur Brownien fonctionne par le changement entre au moins deux conditions discrètes, qui est réalisé au moyen de réactions chimiques, action thermique, signes À C.A., ou pulsations lumineuses. Dans ce dernier cas, le dispositif désigné sous le nom d'un photomotor.

Il y a Environ dix ans, un modèle a été développé pour décrire le travail d'un photomotor de translation de doublet qui fait fonctionner en raison du photoexcitation de la molécule (particule) dans une condition avec un moment dipolaire différent de celui dans l'état fondamental. Plus la différence entre tous les moments dipolaires du nanoparticle dans les deux conditions d'énergie est grande, plus la vitesse moyenne et l'efficience du moteur est élevée.

Déclenchement de Laser

Le moteur proposé est lancé par un pouls résonnant de laser, qui excite des électrons dans le nanocluster cylindre cylindre de semi-conducteur entraînant une séparation des frais et provoquant une interaction électrostatique entre la particule et le substrat polaire. La Soumission du nanocylinder aux pouls résonnants périodiques de laser fait varier son énergie potentielle dans le domaine du substrat avec du temps, qui active consécutivement le mouvement dirigé (voir le tableau).

Photomotors basé sur les nanoparticles minéraux surpassent leurs homologues basées de molécule organique en termes d'efficience et vitesse moyenne. Dans un nanocluster cylindre cylindre de semi-conducteur, la valeur du moment dipolaire avant que l'irradiation soit proche de zéro, mais le photoexcitation d'un électron du volume sur la surface provoque un énorme moment dipolaire (approximativement 40 D pour un cylindre avec une hauteur de Ca 15 Å).

« Dû au fait que les paramètres du dispositif ont été optimisés, notre photomotor modèle proposé basé sur un nanocylinder de semi-conducteur déménage à une vitesse record de 1 mm/s, qui est approximativement trois ordres de grandeur les modèles qu'assimilés plus rapidement basés sur les molécules ou les protéines organiques de moteur aux organismes vivants, » les auteurs de l'étude nous a dit.

Source : Institut de Moscou de la Physique et de la Technologie

Source:

Moscow Institute of Physics and Technology