Zinātnieki ir tuvu nonākuši pie nanorobotu radīšanas. Tam ir materiāli: nanodaļiņas, nanocaurules, grafēns, dažādi proteīni. Visi no tiem ir ļoti trausli - lai tos izpētītu, nepieciešami jauni, modernāki mikroskopi, kas pētniecības procesa laikā nesabojā ierīci.
Nanoroboti var būt noderīgi daudzās cilvēka dzīves jomās, galvenokārt medicīnā. Iedomājieties niecīgas viedierīces, kas mierīgi darbojas mūsu iekšienē, kontrolē dažādus parametrus, reālā laikā pārsūtot datus tieši uz ārsta viedtālruni. Šādam robotam jābūt izgatavotam no bioloģiski saderīga materiāla, kuru ķermenis neatmet, tam ir nepieciešams arī enerģijas avots un atmiņa.
Akumulators šeit nepalīdzēs, jo tas palielina ierīces izmēru, un tam nav viegli atrast bioloģiski saderīgu materiālu. Problēma tiek atrisināta ar pjezoelektrisko līdzekļu palīdzību - materiāliem, kas ģenerē enerģiju, tos mehāniski uzliekot, piemēram, saspiežot. Pastāv arī pretējs efekts - reaģējot uz elektriskā lauka darbību, struktūras, kas izgatavotas no pjezoelektriskiem materiāliem, maina savu formu.
Bioloģiski saderīgus pjezoelektriskos nanorobotus var palaist asinsvados, un tie pulsāciju pārvērš elektrībā. Vēl viena iespēja ir barot ierīces, pārvietojot locītavas un muskuļus. Bet tad nanoroboti nespēs pastāvīgi rīkoties, atšķirībā no traukos esošajiem.
Jebkurā gadījumā nanorobotiem ir jāizvēlas piemēroti materiāli un precīzi jānosaka, cik liels spiediens jāpieliek ierīcei, lai tajā radītu elektrisko impulsu.
Atomu attiecības
Objekta vai virsmas trīsdimensiju attēlu nanoskalā iegūst, izmantojot atomu spēka mikroskopu. Tas darbojas šādi: jebkuras vielas atomi mijiedarbojas savā starpā un dažādos veidos, atkarībā no attāluma. Lielos attālumos tie piesaista, bet, tuvojoties, atomu elektronu čaulas atgrūž viens otru.
Reklāmas video:
“Zondes adata ar galu ar diametru 1-30 nanometri tuvojas parauga virsmai. Tiklīdz tas būs pietiekami tuvu, zondes un pētāmā objekta atomi sāks atvairīt. Tā rezultātā elastīgā roka, kurai ir piestiprināta adata, salieksies,”saka Arseniijs Kaļiņins, NT-MDT Spectrum Instruments galvenais izstrādātājs.
Adata pārvietojas pa virsmu, un visas augstuma atšķirības maina konsoles liekumu, ko reģistrē ar īpaši precīzu optisko sistēmu. Zondei ejot virs virsmas, programmatūra reģistrē visu reljefu un izveido tā 3D modeli. Rezultātā datora ekrānā veidojas attēls, kuru var analizēt: lai izmērītu kopējo parauga raupjumu, objektu parametrus uz virsmas. Turklāt tas tiek darīts paraugiem dabīgā vidē - šķidrumā, vakuumā, dažādās temperatūrās. Mikroskopa horizontālo izšķirtspēju ierobežo tikai zondes gala diametrs, savukārt labu instrumentu vertikālā precizitāte ir desmitiem pikometru, kas ir mazāka par atoma lielumu.
Atoma spēka mikroskopa adata zondē paraugu / ITMO Universitātes Preses dienests.
30 gadu laikā pēc atomu spēka mikroskopijas attīstības zinātnieki ir iemācījušies noteikt ne tikai parauga virsmas reljefu, bet arī materiāla īpašības: mehāniskās, elektriskās, magnētiskās, pjezoelektriskās. Un visus šos parametrus var izmērīt ar visaugstāko precizitāti. Tas ir ievērojami veicinājis materiālu zinātnes, nanotehnoloģijas un biotehnoloģijas progresu.
Arī biologi darbojas biznesā
Pjezoelektrisko parametru mērīšana ir unikāla atomu spēka mikroskopa īpašība. Ilgu laiku to izmantoja tikai cietvielu pjezoelektrisko līdzekļu pētīšanai. Fakts ir tāds, ka bioloģiskie objekti ir diezgan mīksti, zondes gals tos viegli sabojā. Tāpat kā arkls, tas arklu virsmu, pārvieto un deformē paraugu.
Nesen Krievijas un Portugāles fiziķi izdomāja, kā izgatavot atomu spēka mikroskopa adatu, kas nesabojātu bioloģisko paraugu. Viņi izstrādāja algoritmu, saskaņā ar kuru zonde, pārejot no viena punkta uz otru, pārvietojas tik tālu no virsmas, lai nekādā veidā nedarbotos ar to. Tad viņš pieskaras pētāmajam objektam un atkal pieceļas, dodoties uz nākamo punktu. Protams, adata joprojām var nedaudz nospiest uz virsmas, taču tā ir elastīga mijiedarbība, pēc kuras priekšmets, neatkarīgi no tā, vai tā ir olbaltumvielu molekula vai šūna, tiek viegli atjaunots. Turklāt spiediena spēku kontrolē īpaša programma. Šī tehnoloģija ļauj izpētīt bioloģiski saderīgu pjezoelektrisko struktūru, to nesabojājot.
“Jaunā metode ir piemērojama jebkuram atomu spēka mikroskopam, ja ir speciāli izstrādāta ātrgaitas elektronika, kas apstrādā pjezoelektrisko reakciju no konsoles, un programmatūra, kas datus pārveido kartē. Adatai tiek pielikts neliels spriegums. Elektriskais lauks iedarbojas uz paraugu, un zonde nolasa tā mehānisko reakciju. Atgriezeniskā saite ir līdzīga, tāpēc mēs varam izdomāt, kā izspiest objektu, lai tas reaģētu ar vēlamo elektrisko signālu. Tas pētniekam dod rīku jaunu bioloģiski saderīgu pārtikas avotu meklēšanai un izpētei,”skaidro Kaļiņins.