빛과 자기장을 이용한 나노 입자 이동

1959 년 '하단에 충분한 공간이 있습니다'라는 제목의 강연에서 Richard Feynman은 소규모로 물건을 조작하고 제어 할 수있는 가능성을 상상했습니다. 크기가 약 10 억분의 1 미터 인 나노 크기 물체의 오늘날 통제 된 조작은 광범위한 연구 분야입니다. 이러한 나노 입자의 조작은 정확하게 집중되고 번역 될 수있는 포집 력을 필요로한다. 최근 연구에서 Bengaluru의 인도 과학 연구소 (Indian Institute of Science)의 연구원들은 100nm 정도의 작은 물체를 포획하고 조작하는 새로운 접근 방식을 설계했습니다.

기존의 트래핑 기술이 직면 한 주요 문제는화물이라고도하는 매우 작은 크기의 물체를 수용 할 수 없다는 것입니다. 한 쌍의 바늘 만 사용하여 소금 알을 집어 올리는 것을 상상해보십시오! 어려운 점은 입자를 캡처하는 데 필요한 힘이 크기가 작아 질수록 줄어든다는 것입니다.

지금까지 귀금속으로 구성된 나노 크기의 족집게 인 플라즈 모닉 족집게는 이러한 작은 크기의화물을 포획하는 데 사용됩니다 (소수의 분자를 생각하는 것, 즉 우리가 말하는 크기입니다!). 빛으로 조명 될 때,이 핀셋은 주변에 강한 전자기장을 생성하여 가까운 나노 입자를 끌어 당길 수 있습니다.

그러나 플라즈몬 핀셋에는 한계가 있습니다. 제한된 범위의 영향을 미치고 공간에 고정 된이 핀셋은 주변에있는 나노 입자 만 포착 할 수 있습니다. 따라서 비효율적이다. IISc의 연구원이자이 연구의 공동 저자 인 수빅 고쉬 (Souvik Ghosh)는“따라서 전통적인 플라즈몬 트위터의 효율을 가지는 기술을 설계 할 필요가있다.

과학 로봇 공학 저널 인 Ghosh에 실린이 연구에서 IISc의 나노 과학 및 공학 센터의 Ambarish Ghosh 교수는 플라즈몬 핀셋과 마이크로 로봇을 결합하여 '모바일 나노 핀셋'을 디자인하는 새로운 종류의 나노 핀셋을 설계했습니다. '(MNTs)는 두 세계의 최고를 하나로 모았습니다. 이 나노 트위저는 고속 및 효율로 다양한 재료로 만들어진 소형화물을 포착, 운송 및 방출하기 위해 정밀한 제어를 통해 대상 물체로 구동 될 수 있습니다. “마이크 로봇은 물체를 매우 빠르게 운반 / 밀어 넣을 수 있지만 미크론 이하의 물체에는 적합하지 않습니다. 이 두 가지 기술의 기능을 결합함으로써 매우 작은 물체를 매우 빠르게 포착 할 수있을뿐 아니라 매우 빠르게 이동할 수 있습니다.

이 모바일 나노 트위저의 디자인은 미생물에서 영감을 얻었습니다. 수영에 사용되는 세포 돌출부 인 나선형 편모를 회전시켜 움직이는 박테리아와 유사하게, 이러한 강자성, 나선형 나노 구조체는 균일하고 회전하는 자기장에 의해 움직일 수 있으며, 이는 자기장의 방향을 따라 움직입니다. 자기장을 제어함으로써, 나노 트위저의 운동이 제어 될 수있다.

연구원들은 이산화 규소로 만들어진 두 개의 유사한 MNT를 설계했다. 은과 철은 나노 구조와 결합하여 플라즈몬 특성과 자기 특성을 제공합니다. 첫 번째 디자인에는 표면에 분포 된은 나노 입자가 포함되어 있지만,은과 철의 교대 층은 두 번째 구조 내에 결합되어 있습니다.

연구원들은 두 가지 설계를 일부화물 입자를 포함하는 유체 챔버에서 테스트했습니다. 그들은화물을 향해 나노 트위저를 자기 적으로 조종했고, 챔버가 조명되었을 때, 나노 트위저가화물을 가두었다가 이후에 조도를 ​​줄임으로써 기동되고 해제되는 것을 관찰했다. “첫 번째 디자인은 실리카 입자와 같이 더운 곳 근처에 쌓이는 입자에 매우 효과적이며, 두 번째 디자인은 매우 일반적이며 입자가 열과 같은지 아닌지를 신경 쓰지 않습니다. 일반적인 응용 분야에서는 두 번째 디자인이 선호됩니다.”라고 Ghosh는 말합니다.

또한 연구원들은화물에 크기가 다른 두 개의 입자가 존재할 때 조명을 줄임으로써 더 작은 입자가 방출 될 수있는 반면 회전 자기장의 주파수가 증가하면 더 큰 입자가 방출 될 수 있음을 관찰했습니다. 이 독특한 선별 거동은 단순히 두 가지 영향을 변화시킴으로써 다른 크기의 나노 입자를 운반 할 수있게합니다.

A. Ghosh 교수는“생균을 운반 할 수있는 것에서 나노 다이아몬드 및 양자점과 같은 매우 작은 물체를 장치의 특정 위치에 배치하는 것까지 생물 의학에서 양자 기술, 센서 장치 등에 이르기까지 다양한 응용 분야에 적용 할 수 있습니다. 연구 사항.

작은 물체를 미세 유체 장치의 다양한 지점으로 운반하는 것 외에도 연구원들은 높은 공간 해상도로 물체를 국소화 한 다음 필요한 경우 제거 할 수 있습니다. Ghosh 교수는“이것은 이전에는 존재하지 않았던 나노 스케일 어셈블리에서 새로운 길을 열어야한다.

이 '작은'여정에서 다음에 오는 것은 무엇입니까? “우리는 로봇 그룹이 산업 조립 라인에서 작동하는 것처럼 나노 트위저를 나노 스케일로 분류하고 조립할 수 있도록 나노 트위저를 병렬화하려고 노력하고 있습니다. 이를 통해 우리는 기술을 확장 할 수있을 것이며, 엄청난 상업적 영향을 미칠 것입니다”라고 Ghosh 교수는 말합니다.