புரதம் போன்ற நானோ துகள்கள் வளரும் படிகங்களுக்குள் சுயமாக வரிசைப்படுத்தி, கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வெளியீட்டை செயல்படுத்துகின்றன

அறிமுகம்: கலப்பினப் பொருட்களுக்கான இயற்கையின் வரைபடம்

எலும்பின் குறிப்பிடத்தக்க நெகிழ்ச்சி, பற்களின் விறைப்பு, மற்றும் கடல் ஓடுகளின் மின்னும் அழகு ஆகியவை இயற்கையின் மென்மையான கரிம மூலக்கூறுகளை கடினமான கனிம படிகங்களுடன் இணைக்கும் திறனிலிருந்து உருவாகின்றன. எலும்பில், நெகிழ்வான கொலாஜன் இழைகள் ஒரு சாரக்கட்டை வழங்குகின்றன, அவை கடினமான கால்சியம் பாஸ்பேட் படிகங்களால் வலுவூட்டப்படுகின்றன, இதன் விளைவாக வலுவான மற்றும் இலகுவான ஒரு பொருள் உருவாகிறது. உயிர்-கனிமமயமாக்கல் எனப்படும் கரிம மற்றும் கனிம கூறுகளின் இந்த சிக்கலான கலவையானது, இந்த இயற்கை கலவைகளைப் பிரதிபலிக்கும் செயற்கை பொருட்களை உருவாக்க விஞ்ஞானிகளை நீண்ட காலமாக ஊக்குவித்துள்ளது.

இப்போது, ஒரு குழு ஆராய்ச்சியாளர்கள், சிறப்பாக வடிவமைக்கப்பட்ட பாலிமர் நானோ துகள்கள், இயற்கை உயிர்-கனிமங்களில் புரதங்கள் செய்வது போல, வளரும் கால்சைட் படிகங்களுக்குள் தனித்தனி பகுதிகளாக தங்களை வரிசைப்படுத்த முடியும் என்பதை நிரூபித்து, இந்த இலக்கை நோக்கி ஒரு குறிப்பிடத்தக்க படி எடுத்துள்ளனர். நேச்சர் கம்யூனிகேஷன்ஸ் இல் வெளியிடப்பட்ட இந்த கண்டுபிடிப்புகள், மருந்து விநியோகம், வினையூக்கம் மற்றும் பிற பயன்பாடுகளுக்கான கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வெளியீட்டு பண்புகளைக் கொண்ட புதிய பொருட்களுக்கு வழிவகுக்கும்.

உயிர்-கனிமங்களைப் பிரதிபலிப்பதில் உள்ள சவால்

இயற்கை உயிர்-கனிமங்களின் துல்லியமான அமைப்பைப் பிரதிபலிக்கும் செயற்கை கலவைகளை உருவாக்குவது ஒரு கடினமான சவாலாகும். இயற்கையில், புரதங்கள் மற்றும் பிற கரிம மூலக்கூறுகள் மிகவும் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட முறையில் படிகங்களில் இணைக்கப்படுகின்றன, பெரும்பாலும் குறிப்பிடத்தக்க இயந்திர பண்புகளைக் கொண்ட பொருட்களை உருவாக்குகின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, முத்து (தாய்-முத்து) அதன் வலிமையை அரகோனைட் தகடுகள் மற்றும் கரிம அணியின் அடுக்கு அமைப்பு மூலம் அடைகிறது.

செயற்கை படிகங்களில் கரிம சேர்க்கைகளை இணைப்பதற்கான முந்தைய முயற்சிகள் பெரும்பாலும் சீரற்ற விநியோகத்தில் விளைந்தன, இயற்கையில் காணப்படும் இடஞ்சார்ந்த அமைப்பு இல்லாமல். ஒழுங்கை அடைவதற்கான திறவுகோல் கரிம சேர்க்கைகள் மற்றும் வளரும் படிக மேற்பரப்புக்கு இடையிலான தொடர்புகளில் உள்ளது. சேர்க்கைகளின் அளவு, வடிவம் மற்றும் மேற்பரப்பு வேதியியலை சரிசெய்வதன் மூலம், அவற்றின் இணைப்பு மற்றும் ஏற்பாட்டை கட்டுப்படுத்த முடியும்.

புரதம் போன்ற நானோ துகள்களை வடிவமைத்தல்

இந்த ஆய்வில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் புரதங்களின் அளவு மற்றும் மேற்பரப்பு பண்புகளைப் பிரதிபலிக்கும் இரண்டு வகையான டைப்ளாக் கோபாலிமர் நானோ துகள்களை வடிவமைத்தனர். முதல் வகை, S56B500 என்று அழைக்கப்படும், தோராயமாக 100 நானோமீட்டர் விட்டம் கொண்ட திடமான கோளங்கள். அவை பாலி(பென்சில் மெதக்ரிலேட்) மையத்தையும், சிவப்பு ஒளிரும் சாயத்துடன் குறியிடப்பட்ட சல்பேட் கொண்ட பாலிமர் சங்கிலிகளின் ஓட்டையும் கொண்டிருந்தன. இரண்டாவது வகை, M54B200, சுமார் 300 நானோமீட்டர் அளவிலான வெற்று, வெசிகல் போன்ற துகள்கள், அதே பாலிமர் மையத்துடன் ஆனால் பச்சை ஒளிரும் சாயத்துடன் குறியிடப்பட்ட கார்பாக்சிலேட் நிறைந்த வெளிப்புற ஓட்டை கொண்டிருந்தன.

இந்த நானோ துகள்கள் வெவ்வேறு மேற்பரப்பு வேதியியலைக் கொண்டிருக்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டன: கோளங்களில் உள்ள சல்பேட் குழுக்கள் வலுவான எதிர்மறை மின்னூட்டத்தைக் கொண்டுள்ளன, அதேசமயம் வெசிகல்களில் உள்ள கார்பாக்சிலேட் குழுக்களும் எதிர்மறை மின்னூட்டத்தைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் கால்சியம் அயனிகளுக்கு வெவ்வேறு பிணைப்பு உறவைக் கொண்டுள்ளன. இந்த வேறுபாடு நானோ துகள்கள் வளரும் கால்சைட் படிகத்துடன் எவ்வாறு தொடர்பு கொள்கின்றன என்பதை பாதிக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்பட்டது.

படிக வளர்ச்சியின் போது சுய-வரிசைப்படுத்தல்

இரண்டு வகையான நானோ துகள்களின் கலவையின் முன்னிலையில் கால்சைட் படிகங்கள் வளர்க்கப்பட்டபோது, ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க நிகழ்வைக் கவனித்தனர்: நானோ துகள்கள் படிகத்திற்குள் தனித்தனி பகுதிகளாக தங்களை வரிசைப்படுத்தின. சிவப்பு-ஒளிரும் கோளங்கள் சில மண்டலங்களில் குவிந்தன, அதேசமயம் பச்சை-ஒளிரும் வெசிகல்கள் மற்ற பகுதிகளை ஆக்கிரமித்தன. இந்த சுய-வரிசைப்படுத்தல் நடத்தை மேற்பரப்பு வேதியியலில் உள்ள வேறுபாடுகளால் இயக்கப்பட்டது, இது நானோ துகள்களின் படிக மேற்பரப்புக்கான உறவு மற்றும் அவற்றின் இணைப்பு விகிதத்தை பாதித்தது.

கன்ஃபோகல் ஃப்ளோரசன்ஸ் நுண்ணோக்கியைப் பயன்படுத்தி, குழு படிகங்களுக்குள் நானோ துகள்களின் விநியோகத்தைக் காட்சிப்படுத்தியது. படங்கள் சிவப்பு மற்றும் பச்சை ஒளிர்வின் தனித்தனி களங்களை தெளிவாகக் காட்டின, நானோ துகள்கள் சீரற்ற முறையில் கலக்கவில்லை, மாறாக ஒழுங்கமைக்கப்பட்ட வடிவங்களை உருவாக்கியதைக் குறிக்கிறது. செயற்கை படிக அமைப்பில் இத்தகைய சுய-வரிசைப்படுத்தலை இது முதல் முறையாக நிரூபிக்கிறது.

சுய-வரிசைப்படுத்தலுக்குப் பின்னால் உள்ள வழிமுறை

சுய-வரிசைப்படுத்தல் வழிமுறையானது நானோ துகள் ஓடுகளின் கால்சைட் மேற்பரப்புக்கு வெவ்வேறு பிணைப்பு உறவுகளிலிருந்து எழுகிறது என்று கருதப்படுகிறது. கோளங்களில் உள்ள சல்பேட் குழுக்கள் கால்சியம் அயனிகளுக்கு அதிக உறவைக் கொண்டுள்ளன, அவை வளரும் படிக மேற்பரப்பில் ஏராளமாக உள்ளன, இது சில வளர்ச்சி படிகளில் அவற்றின் விருப்பமான இணைப்புக்கு வழிவகுக்கிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, வெசிகல்களில் உள்ள கார்பாக்சிலேட் குழுக்கள் குறைந்த உறவைக் கொண்டுள்ளன, இதனால் அவை வெவ்வேறு இடங்களில் அல்லது மெதுவான விகிதத்தில் இணைக்கப்படுகின்றன.

கூடுதலாக, இரண்டு வகையான நானோ துகள்களுக்கு இடையிலான அளவு வேறுபாடு ஒரு பங்கைக் கொண்டிருக்கலாம். சிறிய கோளங்கள் பெரிய வெசிகல்களுக்கு அணுக முடியாத நானோ அளவிலான குழிகள் அல்லது படி விளிம்புகளுக்குள் பொருந்தலாம். இந்த அளவு-தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட இணைப்பு இடஞ்சார்ந்த பிரிவினைக்கு மேலும் பங்களிக்கக்கூடும்.

நானோ துகள்கள் வெறுமனே சீரற்ற முறையில் சிக்கவில்லை, மாறாக படிக லட்டுக்குள் தீவிரமாக இணைக்கப்பட்டன என்பதையும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர், இது படிகத்தின் உள் கட்டமைப்பைப் பின்பற்றிய ஒளிர்வு வடிவங்களால் நிரூபிக்கப்பட்டது. நானோ துகள்கள் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட முறையில் அடைக்கப்படுகின்றன என்பதை இது குறிக்கிறது, இது வடிவமைக்கப்பட்ட பண்புகளைக் கொண்ட படிகங்களை வடிவமைக்க அனுமதிக்கும்.

கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வெளியீட்டிற்கான தாக்கங்கள்

இந்த சுய-வரிசைப்படுத்தல் நிகழ்வின் மிகவும் உற்சாகமான பயன்பாடுகளில் ஒன்று கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வெளியீட்டு அமைப்புகளில் உள்ளது. குறிப்பிட்ட நிபந்தனைகளின் கீழ் அவற்றின் சரக்குகளை வெளியிடத் தூண்டக்கூடிய நானோ துகள்களை இணைப்பதன் மூலம், மருந்துகள், சாயங்கள் அல்லது வினையூக்கிகளை கட்டுப்படுத்தப்பட்ட முறையில் வெளியிடும் பொருட்களை உருவாக்க முடியும். எடுத்துக்காட்டாக, நானோ துகள்கள் ஒரு சிகிச்சை முகவருடன் ஏற்றப்பட்டிருந்தால், படிகமானது காலப்போக்கில் சிதைந்து, முகவரை படிப்படியாக வெளியிடும் ஒரு பாதுகாப்பு ஓடாக செயல்படும்.

வெவ்வேறு வகையான நானோ துகள்களை தனித்தனி பகுதிகளில் நிலைநிறுத்தும் திறன் பல-நிலை வெளியீட்டு சுயவிவரங்களை செயல்படுத்தக்கூடும், அங்கு ஒரு வகை நானோ துகள் அதன் சுமையை முதலில் வெளியிடுகிறது, அதைத் தொடர்ந்து மற்றொன்று. பல மருந்துகளின் வரிசைமுறை வெளியீடு தேவைப்படும் மருந்து விநியோக அமைப்புகளில் இது பயனுள்ளதாக இருக்கும்.

மேலும், நானோ துகள்கள் pH, வெப்பநிலை அல்லது ஒளி போன்ற வெளிப்புற தூண்டுதல்களுக்கு பதிலளிக்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்படலாம், இது தேவைக்கேற்ப வெளியீட்டை அனுமதிக்கிறது. சுய-வரிசைப்படுத்தல் வழிமுறையானது இந்த செயல்பாட்டு நானோ துகள்களை ஒரு வலுவான கனிம அணிக்குள் ஒழுங்கமைக்க ஒரு வழியை வழங்குகிறது, இது ஒரு புதிய வகை ஸ்மார்ட் பொருட்களை உருவாக்குகிறது.

பரந்த பயன்பாடுகள் மற்றும் எதிர்கால திசைகள்

கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வெளியீட்டிற்கு அப்பால், இந்த உயிர்-போலி கலவைகள் வினையூக்கம், உணர்தல் மற்றும் கட்டமைப்பு பொருட்களில் பயன்பாடுகளைக் காணலாம். படிகங்களில் செயல்பாட்டு நானோ துகள்களை இணைப்பது மேம்பட்ட இயந்திர வலிமை, ஒளியியல் செயல்பாடு அல்லது வினையூக்க செயல்பாடு போன்ற புதிய பண்புகளை வழங்கக்கூடும். எடுத்துக்காட்டாக, வினையூக்க பண்புகளைக் கொண்ட நானோ துகள்கள் ஒரு படிக ஆதரவில் பதிக்கப்பட்டு, நிலையான மற்றும் மீண்டும் பயன்படுத்தக்கூடிய வினையூக்கியை உருவாக்கலாம்.

சுய-வரிசைப்படுத்தல் வழிமுறையானது இயற்கை உயிர்-கனிமங்களைப் பிரதிபலிக்கும் சிக்கலான, படிநிலை கட்டமைப்புகளைக் கொண்ட பொருட்களை உருவாக்குவதற்கான சாத்தியங்களையும் திறக்கிறது. நானோ துகள்களின் அளவு, வடிவம் மற்றும் மேற்பரப்பு வேதியியலை கவனமாக வடிவமைப்பதன் மூலம், மாற்று அடுக்குகள் அல்லது சாய்வுகள் போன்ற இன்னும் அதிநவீன ஏற்பாடுகளை அடைய முடியும்.

எதிர்கால ஆராய்ச்சி சுய-வரிசைப்படுத்தலை இயக்கும் துல்லியமான மூலக்கூறு தொடர்புகளைப் புரிந்துகொள்வதிலும், இந்த அணுகுமுறையை மற்ற படிக அமைப்புகளுக்கு நீட்டிப்பதிலும் கவனம் செலுத்தும். வெவ்வேறு பாலிமர் வேதியியல் மற்றும் நானோ துகள் வடிவவியலைப் பயன்படுத்தி அடையக்கூடிய கட்டமைப்புகளின் வரம்பை விரிவுபடுத்தவும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் திட்டமிட்டுள்ளனர்.

முடிவு

இந்த ஆய்வு உயிர்-போலி பொருட்கள் துறையில் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றத்தைக் குறிக்கிறது. புரதம் போன்ற நானோ துகள்கள் வளரும் படிகங்களுக்குள் சுயமாக வரிசைப்படுத்த முடியும் என்பதை நிரூபிப்பதன் மூலம், ஒழுங்கமைக்கப்பட்ட கரிம-கனிம கலப்பின பொருட்களை உருவாக்குவதற்கான ஒரு புதிய உத்தியை ஆராய்ச்சியாளர்கள் வழங்கியுள்ளனர். கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வெளியீடு மற்றும் அதற்கு அப்பால் உள்ள சாத்தியமான பயன்பாடுகள் மிகப்பெரியவை, மேலும் இந்த பணி இயற்கை உயிர்-கனிமங்களின் சிக்கலான தன்மை மற்றும் செயல்பாட்டைப் போட்டியிடும் செயற்கை பொருட்களின் வடிவமைப்பிற்கு வழி வகுக்கிறது.

இந்த கட்டுரை Phys.org அறிக்கையின் அடிப்படையில் அமைந்துள்ளது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.