อุปกรณ์จุลทรรศน์ที่สร้างจากสิ่งที่เรียกว่าอนุภาค สามารถ “ว่ายน้ำ” ผ่านของเหลวได้ด้วยความช่วยเหลือของสนามเทอร์โมอิเล็กตริกที่เหนี่ยวนำด้วยแสง อุปกรณ์ดังกล่าวซึ่งสามารถเดินทางได้ 100μm ไปตามเส้นทางตรงในเวลา 39 วินาที อาจพบการใช้งานในการตรวจจับทางชีวการแพทย์และการส่งมอบยาเป้าหมายที่ไม่รุกราน ตามที่นักพัฒนาจากมหาวิทยาลัยเทกซัสออสติน สหรัฐอเมริกากล่าว
อนุภาคเจนัส
ได้รับการตั้งชื่อตามเทพเจ้าแห่งการเริ่มต้นและการเปลี่ยนผ่านของโรมันอันเลื่องชื่อ เป็นทรงกลมขนาดเล็กที่เคลือบด้วยวัสดุที่แตกต่างกันในแต่ละด้าน ด้วยการเลือกสารเคลือบผิวที่เหมาะสม อนุภาคดังกล่าวจะทำหน้าที่เป็น “นักว่ายน้ำขนาดเล็ก” ซึ่งเคลื่อนที่ไปในทิศทางเฉพาะเมื่ออยู่ในสารละลายเคมี
และขับเคลื่อนด้วยแสง สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า หรือสนามอัลตราโซนิก นักว่ายน้ำขนาดเล็กที่ขับเคลื่อนด้วยแสงมีแนวโน้มที่ดีเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานภายในร่างกาย เนื่องจากสามารถควบคุมได้จากระยะไกลด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่และเชิงเวลาสูง ข้อเสียเปรียบหลักของพวกเขา
คือทิศทางการเดินทางของพวกเขาจะไม่แน่นอนมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนแบบหมุน ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคที่แขวนอยู่ในตัวกลาง การตอบสนองความร้อนจากแสงแบบไม่สมมาตรในการออกแบบอุปกรณ์ว่ายน้ำขนาดเล็ก และเพื่อนร่วมงานพบวิธี
เอาชนะปัญหานี้ นักวิจัยสร้างนักว่ายน้ำขนาดเล็กโดยการหุ้มพื้นผิวแก้วด้วยเม็ดโพลีสไตรีนชั้นเดียวโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าการเคลือบสปิน จากนั้นพวกเขาใช้การสะสมไอทางกายภาพเพื่อปิดด้านหนึ่งของลูกปัดด้วยฟิล์มสีทอง อนุภาคเจนัสที่เป็นผลลัพธ์จะถูกกระจายอย่างอิสระในสารละลายที่มีน้ำ
ซึ่งมีสารลดแรงตึงผิวไอออนบวกที่เรียกว่า CTAC สารลดแรงตึงผิวนี้ทำให้เม็ดบีดมีประจุบวก ในขณะเดียวกันก็นำโมเลกุลไขมันทรงกลมหรือไมเซลล์ของ CTAC เข้าสู่สารละลายพร้อมกับไอออนCl ในขณะที่ด้านที่เป็นสีทองของอนุภาคเจนัสจะร้อนขึ้นเมื่อส่องด้วยแสงเลเซอร์ แต่ด้านที่ไม่เคลือบผิว
จะไม่ร้อนขึ้น
ดังนั้น การไล่ระดับอุณหภูมิจึงสร้างการกระจายตัวของไมเซลล์ CTAC และ Cl – ion อีกครั้ง ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าขึ้นรอบๆ อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า จากข้อมูล ผู้ร่วมวิจัยคนแรก แรงออปโตเทอร์โมอิเล็กทริกนี้มีบทบาทสำคัญในการกำหนดพฤติกรรมของอนุภาค เปรียบเทียบกับจุลินทรีย์ว่ายน้ำ
เมื่อนักวิจัยส่องอนุภาคด้วยแสงเลเซอร์ที่ไม่โฟกัส อนุภาคจะว่ายไปในทิศทางของสนามแสงที่สร้างขึ้นด้วยความร้อนจากความร้อน เมื่อพวกเขาเปลี่ยนไปใช้ลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัส อนุภาคจะหมุนในระนาบ การรวมกันของการเคลื่อนที่เชิงเส้นและการหมุนนั้นคล้ายกับการเคลื่อนที่แบบ “วิ่งแล้วกลิ้ง”
ของจุลินทรีย์ที่ว่ายน้ำ เช่น แบคทีเรียและสามารถคงไว้ได้ด้วยความสมดุลระหว่างแรงลากแบบออปโตเทอร์โมอิเล็กทริก แสง และสโตกส์ เพื่อให้อนุภาค เคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ถูกต้อง และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาอัลกอริธึมควบคุมการป้อนกลับเพื่อสลับระหว่างสถานะการว่ายน้ำและการหมุนของอนุภาค
นักวิจัย
สามารถปรับอัลกอริธึมการควบคุมเพื่อให้อนุภาคหมุนโดยอัตโนมัติเมื่อใดก็ตามที่พวกมันเบี่ยงเบนไปจากเส้นทางที่ต้องการ ด้วยการสังเกตอนุภาคอย่างระมัดระวังแบบเรียลไทม์ เมื่ออนุภาคจัดเรียงตัวแล้ว อัลกอริธึมจะเปิดใช้งานสถานะการว่ายน้ำอีกครั้ง นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าพวกมันสามารถทำให้
อนุภาคเจนัสเดินทางเป็นเส้นตรงได้ ผ่านการสลับไปมาระหว่างสถานะต่างๆ ซ้ำๆ ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่สามารถใช้ประโยชน์ในการนำส่งยาที่ไม่รุกล้ำเข้าสู่ร่างกายได้ เฉินกล่าว ปรับปรุงประสิทธิภาพการนำทางนักวิจัยซึ่งรายงานผลงานของพวกเขากำลังวางแผนที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพการนำทาง
ของไมโครบอท “ในการศึกษาปัจจุบันของเรา เราแสดงให้เห็นว่านักว่ายน้ำขนาดเล็กขนาด 5 ไมโครเมตรสามารถเคลื่อนที่ตามทิศทางได้มากกว่า 110 ไมโครเมตรในเวลา 39 วินาที แต่เราต้องการเพิ่มตัวเลขนี้ให้เป็นสองเท่าและส่งอนุภาคในระยะทางเดียวกันในเวลาเพียง 18 วินาที” เฉินกล่าว
ทีมงานยังวางแผนที่จะพัฒนาอัลกอริธึมการควบคุมเพิ่มเติม เพื่อให้สามารถบังคับทิศทางอนุภาคหลายตัวพร้อมกันได้ ในขณะเดียวกันก็เพิ่มฟังก์ชันการไม่ชนกันและการปรับเส้นทางให้เหมาะสม อนุภาค Janus ครึ่งทองและครึ่งไม่เคลือบผิวที่ศึกษาในงานนี้เป็นประเภทที่พบได้ทั่วไป แต่ในอนาคต
เจิ้งและเพื่อนร่วมงานหวังว่าจะทำให้เม็ดพลาสติกโพลีสไตรีนทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการบรรจุโมเลกุลขนาดใหญ่ลงบนพื้นผิวที่ไม่เคลือบผิว “กลยุทธ์นี้จะช่วยให้การขนส่งสินค้ามีประสิทธิภาพและตรงเป้าหมายโดยขับเคลื่อนด้วยแสงโดยสิ้นเชิง“เราสามารถบรรลุเป้าหมายนี้ได้
ติดตามที่ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1990 ปรับปรุงเทคนิคในการดักจับด้วยแม่เหล็กเพื่อให้การทำความเย็นแบบระเหยทำงานได้ อะตอมจะต้องถูกแยกด้วยความร้อนจากสภาพแวดล้อม สิ่งนี้ต้องทำด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเนื่องจากอะตอมที่อุณหภูมิเย็นจัดจะเกาะติดกับพื้นผิวทั้งหมด
วิธีที่ดีที่สุดสำหรับอัลคาไลคือการกักขังด้วยแม่เหล็ก ซึ่งใช้ประโยชน์จากโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมของอัลคาไล หลังจากที่อะตอมถูกดักจับและทำให้เย็นลงด้วยเลเซอร์ แสงทั้งหมดจะดับลงและเกิดศักย์ขึ้นรอบๆ อะตอมด้วยสนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ สิ่งนี้ จำกัด อะตอมไว้ในพื้นที่เล็ก ๆ
อะตอมสามารถถูกทำให้เย็นลงได้โดยการระเหย หากเวลาที่จำเป็นสำหรับการทำให้ร้อนซ้ำนั้นสั้นกว่าอายุการใช้งานของอะตอมในกับดัก สิ่งนี้ต้องการกับดักที่มีการจำกัดอย่างแน่นหนา เนื่องจากสิ่งนี้ทำให้มีความหนาแน่นสูงและด้วยเหตุนี้เวลาการทำให้ร้อนซ้ำจึงรวดเร็ว ด้วยเหตุนี้ การทดลองแรกที่สังเกตเห็น
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
