15:20 2024-04-30
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Noua clasă de materiale spongioase se poate auto-asambla în structuri controlabile cu precizie
_ Noua clasă de materiale spongioase se pot auto- asamblați în structuri controlabile cu precizie
O echipă de cercetători condusă de Universitatea din Massachusetts Amherst s-a inspirat dintr-o mare varietate de motive geometrice naturale — inclusiv cele ale zarurilor cu 12 fețe și chipsurilor de cartofi — pentru a extinde un set de principii de proiectare bine-cunoscute pentru o clasă complet nouă de materiale spongioase care se pot autoasambla în structuri controlabile cu precizie.
Teoria și modelul lor de calcul, publicate în Proceedings of the National Academy of Sciences, permite o economie maximă de proiectare sau cea mai mare structură posibilă folosind cel mai mic număr de piese programabile, auto-asamblate.
Unul dintre sfântul Graal al științei materialelor este acela de a emula capacitatea naturii de a forma autonomie robuste și complexe. asamblarea materialelor care pot crea apoi structuri capabile de o gamă largă de funcții. Gândiți-vă la nanostructurile cristaline care se formează pe aripile unui fluture și a căror formă și dimensiune precisă determină exact ce lungimi de undă de lumină să reflecte, dând diferitelor specii marcajele lor distinctive.
„Ne-am inspirat de auto-asamblarea virusului, „, spune Greg Grason, profesor de știință a polimerilor la UMass Amherst și autorul principal al lucrării.
„Deși unii viruși pot prezenta riscuri din perspectiva sănătății, ei au un design incredibil de „închidere automată”. un înveliș sferic rigid, foarte simetric, iar acest înveliș este construit din cel mai puțin număr posibil de aranjamente de proteine virusul nu ar fi suficient de puternic. Vrem să putem crea materiale care se pot auto-asambla din punct de vedere economic în forma perfectă, la fel ca virușii, cu excepția faptului că vrem să creăm tipuri complet diferite de geometrii.”
Grason și echipa sa, inclusiv colegii de la universitățile Brandeis și Syracuse, precum și autorii co-principali Carlos M. Duque și Douglas M. Hall, ambii care au finalizat această cercetare ca parte a studiilor lor postuniversitare la UMass Amherst, nu sunt primul care a fost inspirat de viruși.
În anii 1960, o pereche de biologi structurali pe nume Donald Caspar și câștigătorul Premiului Nobel Aaron Klug, inspirați de faimoasele cupole geodezice ale lui Buckminster Fuller, și-au dat seama că și structura domurilor sale descrise învelișuri de virus. Au continuat să obțină un set de principii de proiectare, numite principiile de simetrie Caspar-Klug, care descriu cum să construiești o structură care să includă cel mai mare volum posibil cu cel mai mic număr de blocuri de construcție.
„Inspirat de frumusețea și eleganța construcției Caspar-Klug pentru coji virale icosaedrice, am dezvoltat o foaie de parcurs pentru a găsi reguli de proiectare economice care ne pot ajuta să proiectăm o gamă largă de nanostructuri foarte utile", spune Duque.
Cu toate acestea, Principiul de simetrie Caspar-Klug descrie doar structuri cu curburi pozitive sau forme, ca o cupolă, care se curbează spre interior în fiecare direcție.
„Ne-am întrebat ce s-ar întâmpla dacă inversați curbura astfel încât curbele să se întâlnească în interior. direcții opuse unul față de celălalt, ca un chip de cartofi Pringles”, spune Grason.
„Ce tipuri de geometrii cu auto-închidere s-ar putea forma cu curbură negativă și ar putea păstra economia ansamblului Caspar-Klug? „
Structurile cu acest tip de curbură negativă au o structură spongioasă construită din găuri și tuburi interconectate și sunt, de fapt, strâns legate de nanostructurile fotonice formate în solzi de aripi de fluture.
Pentru a răspunde la întrebările lor, Grason și coautorii săi au conceput un model de calcul, care a arătat că structurile cu o curbură negativă triplu periodică ar putea într-adevăr să păstreze economia de asamblare pe care Caspar și Klug au observat-o în virușii sferici.
„Suntem capabili să extindem economia formelor cu o curbură pozitivă la un set mult mai complex de structuri care pot fi realizate prin asamblarea blocurilor de construcție „programabile” care pot fi realizate folosind abordările ADN. nanotehnologie sau design de novo de proteine”, spune Grason.
„Munca noastră modelează procesul de asamblare”, spune Hall.
„În primul rând, câteva blocuri de construcție se adună pentru a face un plasture curbat negativ, ca un chip de cartofi cu margini aspre Pe măsură ce plasturele crește, suprafața se închide în sine și formează canale care se extind în toate cele trei dimensiuni sau capacitatea de a atenua sunetele."
Comentarii:
Adauga Comentariu