納米結(jié)構(gòu)扭曲程度首次實(shí)現(xiàn)控制 為機(jī)器視覺和藥物生產(chǎn)提供了新的工具

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美國密歇根大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組顯示，由納米顆粒自組裝而成的微米大小的“蝴蝶結(jié)領(lǐng)結(jié)”，可形成各種不同的扭曲形狀，并能被精確控制。這一進(jìn)展為輕松生產(chǎn)與扭曲光相互作用的材料開辟了道路，為機(jī)器視覺和藥物生產(chǎn)提供了新的工具。相關(guān)論文15日發(fā)表在《自然》雜志上。

雖然生物學(xué)上充滿了像DNA這樣的扭曲結(jié)構(gòu)，也就是眾所周知的手性結(jié)構(gòu)，但其扭曲的程度是固定的，試圖改變它會破壞這種結(jié)構(gòu)。

扭曲的納米結(jié)構(gòu)將編碼從表面反射的光波形狀的信息，它將優(yōu)先反射某些類型的圓偏振光，這種形狀在空間中移動時會扭曲。

信息將被編碼為反射頻率、扭曲的松緊度以及扭曲是左旋還是右旋的組合。通過避免使用自然光和環(huán)境光，而是依靠機(jī)器人產(chǎn)生的圓偏振光。無論是在明亮還是黑暗的環(huán)境中，機(jī)器人都不太可能錯過信息或誤解提示。它能選擇性地反射扭曲光的材料，即手性超材料。

研究人員表示，他們已實(shí)現(xiàn)控制從完全扭曲的左手結(jié)構(gòu)到平坦的結(jié)構(gòu)，再到完全扭曲的右手結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。

研究人員將“領(lǐng)結(jié)”當(dāng)作油漆，把它們與聚丙烯酸混合，然后涂抹在玻璃、織物、塑料和其他材料上。激光實(shí)驗(yàn)表明，只有當(dāng)光中的扭曲與領(lǐng)結(jié)形狀中的扭曲相匹配時，這種油漆才會反射扭曲光。

“領(lǐng)結(jié)”是由鎘金屬和胱氨酸混合制成的，胱氨酸是一種蛋白質(zhì)片段，它在摻有堿液的水中，有左手和右手兩種版本。每個“領(lǐng)結(jié)”都有糖果包裝一般的扭曲結(jié)構(gòu)，與其他可能需要數(shù)天時間才能自組裝的手性納米結(jié)構(gòu)不同，“領(lǐng)結(jié)”只需90秒就能形成。該團(tuán)隊(duì)在“領(lǐng)結(jié)”光譜中制作了5000種不同的形狀。