html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Пилообразная нанотекстура помогла сделать броуновский наномотор и разделить наночастицы


M. J. Skaug et al./ Science, 2018

Швейцарские физики из исследовательского центра IBM разработали нанофлюидное устройство, в котором периодическая пилообразная текстура на одной из стенок преобразует хаотическое тепловое движение наночастиц в направленное. Добиться этого удается за счет электростатического взаимодействия между частицей и неоднородным полем, созданным стенками канала. С помощью предложенного метода можно заставить направленно двигаться частицы до 5 нанометров, а также отделять друг от друга наночастицы разного размера, пишут ученые в Science.

Управлять движением отдельных наночастиц в жидкостях — непростая задача, в первую очередь из-за того, что на них очень сильно влияет броуновская диффузия — хаотическое движение частиц в результате теплового движения молекул жидкости. Дополнительно эта задача усложняется в ограниченных нанометровых объемах (например, в нанофлюидных устройствах), в которых жидкость находится в покоящемся состоянии, и использование гидродинамических методов сортировки или перемещения частиц сильно ограничено. Поэтому броуновское движение частиц, от которого при комнатной температуре все равно избавиться невозможно, часто предлагают использовать в полезных целях: например, благодаря этому можно использовать тепловую энергию для обеспечения работы механических наномоторов в нанофлюидных или молекулярных устройствах.

Швейцарские физики из исследовательского центра IBM в Цюрихе под руководством Армина Кнолля (Armin W. Knoll) предложили использовать броуновское движение частиц в наноканалах, чтобы направить их в нужную сторону или разделить между собой разные размерные фракций этих частиц. Для этого ученые сделали специальные наноканалы толщиной около 150 нанометров, на нижнюю поверхность которых нанесли асимметричные нанозубчики, похожие на те, которые находятся на поверхности храповика. В эти каналы физики поместили раствор электролита с золотыми наночастицами размером 60 нанометров. В такой системе и стенки наноканала, и поверхность наночастиц оказываются заряженными одинаковых образом, так что частицы отталкиваются от обеих стенок, и их вертикальное движение становится сильно ограниченным.

Схематическое изображение продольного среза наноканала. Оранжевым цветом показаны электростатические поля стенок и наночастицы

M. J. Skaug et al./ Science, 2018

Рельеф поверхности наноканалов в форме логотипа IBM. Чем темнее цвет участка, тем глубже он находится. Изображение получено с помощью атомно-силовой микроскопии

M. J. Skaug et al./ Science, 2018

При этом электростатическое поле, которое пилообразная текстура нижней стенки создает в канале, не только отталкивает частицы от себя. Из-за того, что это поле распределено в жидкости неоднородно (и периодически), броуновское движение заряженных наночастиц в этом поле тоже становится асимметричным, в результате чего они постепенно мигрируют в одном из направлений.

Направленное броуновское движение наночастиц по наноканалам в форме логотипа IBM

IBM

Поскольку движение частиц в каналах имеет вполне определенное направление, то такое устройство можно рассматривать в качестве броуновского наномотора, который преобразует тепловую энергию в кинетическую. При этом в отличие от предыдущих устройств, работающих по похожему принципу, данный наноканал, во-первых, не требует дополнительного внешнего периодически меняющегося электрического поля, а во-вторых, позволяет управлять не только микрометровыми частицами, но и наночастицами, размером вплоть до 5 нанометров.

Ученые отмечают, что частицы разного размера могут по-разному вести себя в периодического электростатическом поле, созданном нижней стенкой канала, поэтому помимо использования этого канала в качестве броуновского наномотора, его можно применять и для разделения между собой наночастиц разного разного размера. Экспериментально эту идею ученые проверили, отделив друг от друга частицы размером 100 и 60 нанометров. Однако, по словам авторов работы, точность управления движением частиц даже позволяет разделять между собой частицы, размер которых отличается всего на 1 нанометр.

Движение золотых наночастиц разного размера в наноканалах с пилообразной текстурой разной высоты

M. J. Skaug et al./ Science, 2018

По словам ученых, предложенный ими метод можно будет использовать для биохимических задач, в которых часто нужно направлять разделять частицы между собой. Такими частицами могут быть и биологические макромолекулы, например ДНК или белки.

Исследованию закономерностей различных типов броуновского движения наночастиц посвящено довольно большое количество исследований, и иногда для этого даже разрабатываются специальные методы, которые обладают необходимым пространственным и временным разрешением. Так, с помощью специального метода четырехмерной просвечивающей микроскопии физикам удалось изучить динамику фотовозбужденных золотых наночастиц, которые на малых временах двигаются баллистически, а на больших — диффузионно и очень быстро.

Александр Дубов

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

2

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • физика
          • ученые
          • исследования
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции