Teadlased on nanorobotite loomisele lähedale jõudnud. Selle jaoks on olemas materjale: nanoosakesed, nanotorud, grafeen, mitmesugused valgud. Kõik nad on väga habras - nende uurimiseks on vaja uusi, täiustatud mikroskoope, mis ei kahjusta seadet uurimisprotsessi ajal.
Nanorobotid võivad olla kasulikud paljudes inimelu valdkondades, peamiselt meditsiinis. Kujutage ette pisikesi nutiseadmeid, mis töötavad vaikselt meie sees, kontrollivad erinevaid parameetreid, edastades andmeid reaalajas otse arsti nutitelefoni. Selline robot peab olema valmistatud biosobivast materjalist, mida keha ei lükka ümber, selleks on vaja ka toiteallikat ja mälu.
Aku siin ei aita, kuna see suurendab seadme suurust ja selle jaoks pole bioloogiliselt ühilduvat materjali lihtne leida. Probleem lahendatakse piesoelektrikute abil - materjalid, mis tekitavad energiat nende mehaanilisel rakendamisel, näiteks kokkusurumine. Samuti on vastupidine efekt - reageerides elektrivälja mõjule, muudavad piesoelektrilistest materjalidest konstruktsioonid oma kuju.
Bioühilduvaid piesoelektrilisi nanorobotid saab lasta veresoontesse ja need muudavad oma pulsatsiooni elektriks. Teine võimalus on seadmete toide, liigeste ja lihaste liigutamise teel. Kuid siis ei suuda nanorobotid erinevalt anumates olevatest pidevalt tegutseda.
Igal juhul on nanorobotite jaoks vaja valida sobivad materjalid ja täpselt kindlaks määrata, kui suurt rõhku seadmele tuleb rakendada, et tekitada selles elektriline impulss.
Aatomisuhted
Objekti või pinna nanomõõtme kolmemõõtmeline pilt saadakse aatomjõumikroskoobi abil. See toimib järgmiselt: mis tahes aine aatomid interakteeruvad üksteisega ja sõltuvalt kaugusest erinevatel viisidel. Suurtel vahemaadel tõmbavad nad ligi, kuid lähenedes tõrjuvad aatomite elektronkestad üksteist.
Reklaamvideo:
„Proovipinnale läheneb 1–30 nanomeetri läbimõõduga sondinõel. Niipea kui see on piisavalt lähedale jõudnud, hakkavad sondi ja uuritava objekti aatomid tõrjuma. Selle tulemusel paindub elastne õlg, mille külge nõel kinnitatakse,”ütleb Arseniy Kalinin, NT-MDT Spectrum Instruments juhtiv arendaja.
Nõel liigub mööda pinda ja kõik kõrguse erinevused muudavad konsooli paindumist, mille registreerib ülitäpne optiline süsteem. Kui sondi läbib pind, salvestab tarkvara kogu reljeefi ja ehitab sellest 3D-mudeli. Selle tulemusel moodustub arvutiekraanil pilt, mida saab analüüsida: proovi üldise kareduse, pinnal olevate objektide parameetrite mõõtmiseks. Pealegi tehakse seda proovide jaoks looduslikus keskkonnas - vedelas, vaakumis, erinevatel temperatuuridel. Mikroskoobi horisontaalset eraldusvõimet piirab ainult sondi otsa läbimõõt, samas kui heade instrumentide vertikaalne täpsus on kümneid pikomeetreid, mis on väiksem kui aatomi suurus.
Aatomjõumikroskoobi nõel proovib proovi / ITMO ülikooli pressiteenistus.
Aatomjõu mikroskoopia arendamise 30 aasta jooksul on teadlased õppinud määrama mitte ainult proovi pinna reljeefi, vaid ka materjali omadused: mehaanilised, elektrilised, magnetilised, piesoelektrilised. Ja kõiki neid parameetreid saab mõõta suurima täpsusega. See on oluliselt kaasa aidanud materjaliteaduse, nanotehnoloogia ja biotehnoloogia arengule.
Ka bioloogid on ettevõtluses
Piezoelektriliste parameetrite mõõtmine on aatomjõumikroskoobi ainulaadne omadus. Pikka aega kasutati seda ainult tahkis-piezoelektrikute uurimiseks. Bioloogilised objektid on üsna pehmed, sondi ots kahjustab neid kergesti. Nagu ader, künnab see pinda, nihutab ja deformeerib proovi.
Hiljuti mõtlesid Venemaa ja Portugali füüsikud välja, kuidas valmistada aatomijõudude mikroskoobi nõela, mis ei kahjustaks bioloogilist proovi. Nad töötasid välja algoritmi, mille kohaselt sond, liikudes ühest punktist teise, liigub pinnast piisavalt täpselt, et mitte mingil viisil sellega suhelda. Siis puudutab ta uuritavat teemat ja tõuseb uuesti, liikudes järgmise punkti juurde. Muidugi võib nõel pinnale ikkagi pisut vajutada, kuid see on elastne interaktsioon, mille järel objekt, olgu see valgu molekul või rakk, on hõlpsasti taastatav. Lisaks sellele juhitakse rõhu jõudu spetsiaalse programmi abil. See tehnoloogia võimaldab uurida bioühilduvat piesoelektrilist struktuuri seda kahjustamata.
„Uus meetod on rakendatav mis tahes aatomjõumikroskoobi korral tingimusel, et seal on spetsiaalselt loodud kiire elektroonika, mis töötleb konsoolilt piesoelektrilise vastuse ja tarkvara, mis teisendab andmed kaardiks. Nõelale rakendatakse kerget pinget. Elektriväli mõjub proovile ja sond loeb selle mehaanilist vastust. Tagasiside on sarnane, seega saame välja mõelda, kuidas eset pigistada, nii et see reageerib soovitud elektrilise signaaliga. See annab uurijale tööriista uute bioühilduvate toiduallikate otsimiseks ja uurimiseks,”selgitab Kalinin.
