«Υπέρψυκτο» υγρό λάμπει στο παραμικρό άγγιγμα
Νέο οργανικό υλικό αναπτύχθηκε σε αμερικανικό εργαστήριο
ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ: 14/05/2015 14:07
Η παραμικρή πίεση κάνει το υλικό να λάμπει όταν φωτίζεται με υπεριώδες φως. Credit: (Kyeongwoon Chung et al.)
Νέο οργανικό υλικό που
αναπτύχθηκε σε αμερικανικό εργαστήριο έχει την ασυνήθιστη ιδιότητα να
παραμένει υγρό ακόμα και σε θερμοκρασίες 90 βαθμών Κελσίου κάτω από το
σημείο πήξης. Επιπλέον, έχει ασυναγώνιστη ευαισθησία στην πίεση, και
λάμπει όταν πέσουν πάνω του ακόμα και λίγα ζωντανά κύτταρα.
Υπερευαίσθητο
Το νέο υλικό, ένα εκατομμύριο φορές πιο ευαίσθητο από άλλα υλικά που λάμπουν ή αλλάζουν χρώμα όταν δέχονται πίεση, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε βιολογικούς αισθητήρες αλλά και στην ηλεκτρονική, λένε οι δημιουργοί του. Η ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν ενδιαφερόταν να αναπτύξει οργανικά υλικά με «άμορφη» δομή. Τα περισσότερα οργανικά μόρια έχουν την τάση να συνδέονται σε κρυσταλλικά πλέγματα, σε αντίθεση με το γυαλί, στο οποίο τα μόρια έχουν ακανόνιστη διάταξη.
Τα τελευταία χρόνια η βιομηχανία ηλεκτρονικών στρέφει το ενδιαφέρον της σε άμορφα οργανικά υλικά που θυμίζουν γυαλί και είναι φθηνότερα και πιο εύκαμπτα από ό,τι οι ανόργανοι ημιαγωγοί όπως το πυρίτιο. Επιπλέον, τα άμορφα οργανικά υλικά θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν στην ιατρική ως μηχανισμοί διοχέτευσης φαρμάκων που διαλύονται και απορροφώνται από το σώμα όταν η δράση τους σταματήσει. «Θα θέλαμε να αναπτύξουμε καλύτερους κανόνες μοριακού σχεδιασμού για να τιθασεύσουμε την τάση των οργανικών μορίων να κρυσταλλώνονται» αναφέρει ο Τζινσάνγκ Κιμ, του οποίου η ομάδα ανέπτυξε το νέο μόριο.
Τα πειράματα
Η ερευνητική ομάδα πειραματίστηκε με οργανικά μόρια που χρησιμοποιούνται ως χρωστικές καθώς και σε ηλεκτρονικές συσκευές όπως τα LED και οι ηλιακοί συλλέκτες. Τα μόρια αυτά έχουν στο κέντρο τους έναν άκαμπτο κεντρικό δακτύλιο, από τον οποίο προεξέχουν δύο αλυσίδες. Οι «ουρές» αυτές καθορίζουν την τάση του μορίου να κρυσταλλώνεται. Αλλάζοντας τα μήκη των δύο αλυσίδων, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα μόριο που κρυσταλλώνεται πολύ πιο δύσκολα.
Λόγω της παρέμβασης στην τάση κρυσταλλοποίησης, το υλικό που προέκυψε είναι «υπέρψυκτο»: παραμένει υγρό ακόμα και σε θερμοκρασίες κάτω από το προβλεπόμενο σημείο πήξης. Αυτό μπορεί να συμβεί σε πολλά υγρά υλικά, αρκεί να μην περιέχουν ακαθαρσίες και άλλους πυρήνες που μπορούν να πυροδοτήσουν την κρυστάλλωση. Για παράδειγμα, το απολύτως καθαρό νερό μπορεί να μείνει υγρό σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση μέχρι τους -48,3 βαθμούς Κελσίου.
Θεωρητικά, το σημείο πήξης (ή τήξης) του νέου υλικού είναι σχεδόν 134 βαθμοί. Πρακτικά, όμως, το μόριο παραμένει υγρό μέχρι τους 5 βαθμούς Κελσίου, οπότε στερεοποιείται σε ένα είδος γυαλιού. Ωστόσο η σημαντικότερη ιδιότητα του νέου υλικού είναι ότι φθορίζει όταν φωτίζεται με υπεριώδες φως και όταν δεχθεί την παραμικρή πίεση. Οι ερευνητές παρουσίασαν μάλιστα εικόνες ενός φύλλου από το νέο υλικό με ένα φωτεινό μήνυμα που γράφτηκε πάνω του με μια απλή ακίδα.
Δεδομένου ότι η πίεση μερικών ζωντανών κυττάρων αρκεί για να κάνει το νέο οργανικό μόριο να λάμπει, μια πιθανή χρήση του θα ήταν σε αισθητήρες που ανιχνεύουν ζωντανά κύτταρα, λένε οι ερευνητές. Τα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να αξιοποιηθούν σε μια νέα γενιά οργανικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Η έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «ACS Nano».
Υπερευαίσθητο
Το νέο υλικό, ένα εκατομμύριο φορές πιο ευαίσθητο από άλλα υλικά που λάμπουν ή αλλάζουν χρώμα όταν δέχονται πίεση, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε βιολογικούς αισθητήρες αλλά και στην ηλεκτρονική, λένε οι δημιουργοί του. Η ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν ενδιαφερόταν να αναπτύξει οργανικά υλικά με «άμορφη» δομή. Τα περισσότερα οργανικά μόρια έχουν την τάση να συνδέονται σε κρυσταλλικά πλέγματα, σε αντίθεση με το γυαλί, στο οποίο τα μόρια έχουν ακανόνιστη διάταξη.
Τα τελευταία χρόνια η βιομηχανία ηλεκτρονικών στρέφει το ενδιαφέρον της σε άμορφα οργανικά υλικά που θυμίζουν γυαλί και είναι φθηνότερα και πιο εύκαμπτα από ό,τι οι ανόργανοι ημιαγωγοί όπως το πυρίτιο. Επιπλέον, τα άμορφα οργανικά υλικά θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν στην ιατρική ως μηχανισμοί διοχέτευσης φαρμάκων που διαλύονται και απορροφώνται από το σώμα όταν η δράση τους σταματήσει. «Θα θέλαμε να αναπτύξουμε καλύτερους κανόνες μοριακού σχεδιασμού για να τιθασεύσουμε την τάση των οργανικών μορίων να κρυσταλλώνονται» αναφέρει ο Τζινσάνγκ Κιμ, του οποίου η ομάδα ανέπτυξε το νέο μόριο.
Τα πειράματα
Η ερευνητική ομάδα πειραματίστηκε με οργανικά μόρια που χρησιμοποιούνται ως χρωστικές καθώς και σε ηλεκτρονικές συσκευές όπως τα LED και οι ηλιακοί συλλέκτες. Τα μόρια αυτά έχουν στο κέντρο τους έναν άκαμπτο κεντρικό δακτύλιο, από τον οποίο προεξέχουν δύο αλυσίδες. Οι «ουρές» αυτές καθορίζουν την τάση του μορίου να κρυσταλλώνεται. Αλλάζοντας τα μήκη των δύο αλυσίδων, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα μόριο που κρυσταλλώνεται πολύ πιο δύσκολα.
Λόγω της παρέμβασης στην τάση κρυσταλλοποίησης, το υλικό που προέκυψε είναι «υπέρψυκτο»: παραμένει υγρό ακόμα και σε θερμοκρασίες κάτω από το προβλεπόμενο σημείο πήξης. Αυτό μπορεί να συμβεί σε πολλά υγρά υλικά, αρκεί να μην περιέχουν ακαθαρσίες και άλλους πυρήνες που μπορούν να πυροδοτήσουν την κρυστάλλωση. Για παράδειγμα, το απολύτως καθαρό νερό μπορεί να μείνει υγρό σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση μέχρι τους -48,3 βαθμούς Κελσίου.
Θεωρητικά, το σημείο πήξης (ή τήξης) του νέου υλικού είναι σχεδόν 134 βαθμοί. Πρακτικά, όμως, το μόριο παραμένει υγρό μέχρι τους 5 βαθμούς Κελσίου, οπότε στερεοποιείται σε ένα είδος γυαλιού. Ωστόσο η σημαντικότερη ιδιότητα του νέου υλικού είναι ότι φθορίζει όταν φωτίζεται με υπεριώδες φως και όταν δεχθεί την παραμικρή πίεση. Οι ερευνητές παρουσίασαν μάλιστα εικόνες ενός φύλλου από το νέο υλικό με ένα φωτεινό μήνυμα που γράφτηκε πάνω του με μια απλή ακίδα.
Δεδομένου ότι η πίεση μερικών ζωντανών κυττάρων αρκεί για να κάνει το νέο οργανικό μόριο να λάμπει, μια πιθανή χρήση του θα ήταν σε αισθητήρες που ανιχνεύουν ζωντανά κύτταρα, λένε οι ερευνητές. Τα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να αξιοποιηθούν σε μια νέα γενιά οργανικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Η έρευνα δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «ACS Nano».
ΑΝΑΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ ΑΠΟ ΤΟ ΒΗΜΑ 15/5/2015
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου