I Ricercatori propongono i photomotors di modello per il trasporto rapido di nanoparticella

Gli Scienziati dall'Istituto di Mosca di Fisica e della Tecnologia (MIPT), dall'Istituto di Semenov di Fisica Chimica dell'Accademia delle Scienze Russa (ICP RAS) e dall'Istituto di Chuiko di Chimica Di Superficie dell'Accademia Nazionale delle Scienze dell'Ucraina (ISC NASU) hanno proposto un photomotor del dipolo nanosized modello basato sul fenomeno della ridistribuzione indotta dalla luce della tassa. Avviato da un impulso del laser, questa unità minuscola è capace di moto diretto ad una velocità record ed è abbastanza potente sostenere un determinato caricamento. I risultati della ricerca sono stati pubblicati nel Giornale di Fisica Chimica.

“Le caratteristiche senza precedenti dei photomotors del dipolo basati sui nanoclusters a semiconduttore offrono la prospettiva più appena di indirizzo di penuria certa della famiglia di traduzione di photomotors. Queste unità potrebbero realmente essere applicate dovunque il trasporto rapido di nanoparticella fosse richiesto. Nella chimica e nella fisica, potrebbero contribuire a sviluppare nuovo analitico e gli strumenti sintetici, mentre nella biologia e nella medicina potrebbero essere utilizzati per consegnare le droghe ai tessuti malati, migliorano le strategie di terapia genica, ecc,„ dice Prof. Leonid Trakhtenberg del Dipartimento di Fisica Molecolare e Chimica a MIPT, che è la guida del gruppo di ricerca e del capo del Laboratorio di Nanocomposites Funzionale ad ICP RAS.

Prof. Trakhtenberg ha collaborato con Prof. Viktor Rozenbaum, che dirige il Dipartimento della Teoria dei Sistemi di Nanostructured all'ISC NASU, per sviluppare la teoria del trasporto molecolare photoinduced. Questa teoria fornisce una struttura per la progettazione dei nanomachines, di cui il moto può essere gestito da un laser. Gli scienziati hanno stabilito la relazione fra parecchi parametri di modello (per esempio, dimensioni della particella, il photoexcitation condiziona Ecc.) e la caratteristica di prestazione chiave dell'unità--la sua velocità media.

Motori Browniani

I nanomotors Diretti hanno prototipi in natura. Gli organismi Viventi usano le unità della proteina determinate tramite i trattamenti esterni di nonequilibrium di una natura differente, che sono conosciuti come Browniani, o dei motori molecolari. Sono capaci di conversione del moto Browniano casuale in moto di traduzione, in reciproco, o in rotazione diretto. I motori Browniani sono compresi nella contrazione del muscolo, mobilità delle cellule (motilità fustigatrice dei batteri) e l'intra e trasporto intercellulare degli organelli e particelle relativamente grandi di varie sostanze (per esempio, fagocitosi, o “cella che mangiano„ ed eliminazione dei residui metabolici dalla cella). Queste unità funzionano con un'alta efficienza stupefacente che si avvicina a 100%.

“Capire i meccanismi di fondo del funzionamento dei motori molecolari naturali ci permette non solo di ripiegarle ma anche di progettare le nuove unità artificiali multifunzionali altamente efficienti che potrebbero finalmente applicarsi in nanorobotics. Per gli ultimi parecchi decenni, i ricercatori e gli ingegneri in vari campi stanno lavorando insieme e stanno realizzando i certi progressi reali verso lo sviluppo dei nanomachines controllabili. I risultati del loro lavoro sono stati riconosciuti come risultato altamente pertinente e uno sviluppo significativo della scienza e tecnologia, quando il Premio Nobel 2016 in Chimica ha ricevuto “per la progettazione e la sintesi dei commputer molecolari, “„ dice Prof. Rozenbaum.

Un motore Browniano funziona passando fra almeno due stati discreti, che è raggiunta per mezzo di reazioni chimiche, atto termico, segnali di CA, o impulsi luminosi. In quest'ultimo caso, l'unità si riferisce a come photomotor.

Circa dieci anni fa, un modello è stato sviluppato per descrivere il lavoro di un photomotor di traduzione del dipolo che gestisce dovuto il photoexcitation della molecola (particella) in uno stato con un momento di dipolo differente da quello nello stato fondamentale. Più grande la differenza fra i momenti di dipolo totali della nanoparticella nei due stati di energia, più alta la velocità media e risparmio di temi del motore.

Avviamento del Laser

Il motore proposto è attivato da un impulso sonoro del laser, che eccita gli elettroni nel nanocluster a forma di cilindro a semiconduttore che causa una separazione di spese e che provoca un'interazione elettrostatica fra la particella ed il substrato polare. Sottoponendo il nanocylinder agli impulsi sonori periodici del laser induce la sua energia potenziale nel campo del substrato a variare con tempo, che a sua volta permette al moto diretto (vedi il diagramma).

Photomotors ha basato sulle nanoparticelle inorganiche supera le loro controparti basate molecola organica in termini di risparmio di temi e velocità media. In un nanocluster a forma di cilindro a semiconduttore, il valore del momento di dipolo prima che l'irradiamento sia vicino a zero, ma il photoexcitation di un elettrone dalla massa alla superficie provoca un momento di dipolo enorme (approssimativamente 40 D per un cilindro con un'altezza del Ca 15 Å).

“A causa del fatto che i parametri dell'unità sono stati ottimizzati, il nostro photomotor di modello proposto basato su un nanocylinder a semiconduttore si muove ad una velocità record di 1 mm/s, che è circa tre modelli di ordini di grandezza più velocemente simili basati sulle molecole o sulle proteine organiche del motore negli organismi viventi,„ gli autori dello studio ci ha detto.

Sorgente: Istituto di Mosca di Fisica e di Tecnologia

Source:

Moscow Institute of Physics and Technology