Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж и Университета Теннеси достигнут редкий взгляд на внутреннее устройство полимерных самостоятельной сборки в масло-вода для продвижения материалов для нейроморфных вычислений и био-вдохновленных технологий.
Результаты опубликованы в Журнале Американского химического общества обеспечит новый взгляд на пути молекул пакет и порядок сами в «перестраиваемый» интерфейсы, монослой толщиной поверхностей со структурами, которые могут быть изменены для конкретных приложений.
«Понимание правила проектирования химии происходит на жидкость-жидкость, в конечном счете, говорит о том, сколько мы можем сделать новые материалы со свойствами,» сказал Бенджамин Даути отделения химических наук Национальной лаборатории Ок-Риджа.
Исследование расширяет интерес к использованию мягких материалов, чтобы имитировать липидные бислои — селективных мембран с важных биологических функций, таких как обработка сигналов по нейронной сети мозга и транспортировки ионов, белков и других молекул в ячейках.
Соавторы ранее разработаны биомиметические мембраны с помощью липид-покрытием капли воды в нефти и продемонстрировали свой потенциал как сенсорные компоненты для нейроморфных, или мозг-компьютер с обработки природной информации, обучения и памяти.
«Потому что липиды присуща неустойчивость и распад, Мы заинтересованы в развитии полимерной основе аналогов, которые предлагают стабильность, а также может дать нам целый ряд природных функций», — сказал Пэт колье из Национальной лаборатории Ок-Риджа центр за материалами nanophase наук Министерства энергетики США офис науки пользователей объекта.
Без знания межфазной химии, однако, создания функциональных бислоев из натуральных или синтетических молекул включает в себя определенную степень таинственности. Химических веществ, взаимодействующих в стакан раствора могут или не могут форма аналогична мембран с селективными свойствами, такими как возможность хранить и фильтр сенсорные импульсы, которые составляют нецифровые язык нейроморфных вычислений.
«Чтобы иметь возможность тренироваться молекул для конкретных целей и разблокировать новые функции, мы должны понимать, что происходит на молекулярном уровне во время самостоятельной сборки», — заявил Кольер.
Для эксперимента исследователи выбрали олигомер, небольшой полимерный вариант со структурой, аналогичной структуре природных липидов, и используемые поверхности методами спектроскопии для зондирования молекулярного монослоя — с одной стороны бислоя — образуется между водой и нефтью.
Команда ORNL, США-одна из немногих групп, которые исследовали жидкий-жидкость, является важной областью исследований, но недостаточно изученных из-за технических проблем.
«Нашей целью было исследовать, как асимметрия в масло-вода вызывает видов адсорбировать по-разному, чтобы упаковать и заказать в функциональный дизайн,» Даути сказал.
Исследуемого олигомера молекулы амфифильных, смысл частей ее структуры являются гидрофобные в то время как другие являются гидрофильными. Когда образцы стабилизированного в масле вводят в водный раствор, молекулы самоорганизуются в ответ на их смешанное притяжения и отталкивания воды.
Как едет нравится — олигомеры несколько заряженных полярных головок хотят быть в водной фазе, которая также полярных и неполярных хвостов хотите быть в масляную фазу, которая не.
«Возможность наблюдать в режиме реального времени, как эти молекулы расположить на разнообразный интерфейс-это широко применимый фундаментальное научное достижение», — сказал Даути.
Как показано в анимации, заряженных олигомеров головы на водной фазы, но гибкие хвосты катушки в масле, когда у них есть свободное место, или затянуть, чтобы вместить соседей, а интерфейс становится тесно.
«Мы обнаружили, что регулировка ионов или заряженных частиц в водную фазу способствовало образованию четко определенными интерфейсами, с олигомерами принимать более плотно свернутых структур», — сказал Даути.
Слишком мало ионов и хвосты разложить неплотно, оставляя зазоры; слишком много, и они вкорячить, раздувающегося от поверхности.
«Результаты указывают на способы изменения размера и формы монослоев, и … на следующем этапе-включение бислоев с асимметричными конструкциями, как и натуральные липиды,» Коллир. «Работа приносит нам шаг ближе к раскрытию новых возможностей биоматериалов.»
Пошив поверхностей на молекулярном уровне для создания новых материалов открывает возможности не только для biocomputingбыл, но и в целом для химического разделения, зондирования и обнаружения.
«Наблюдая за жидкость-жидкость помогает нам понять химию, которая сводит все эти технологии», — сказал Даути.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!