Badania

Prosta droga do helikalnych nanomateriałów

Opublikowano: 2019-12-02

forum akademickie
Źródło: www.uw.edu.pl

Zespół dr. hab. Wiktora Lewandowskiego z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, we współpracy z dr. Michałem Wójcikiem z Uniwersytetu Warszawskiego i dr. Guille Gonzalezem-Rubio z CIC biomaGUNE w Hiszpanii, opracował nową metodę tworzenia miękkich, helikalnych (spiralnych) nanomateriałów. Badania przeprowadzono w ramach grantu First Team Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

Ze względu na wyjątkową stabilność strukturalną i „naturalną” asymetryczność (chiralność), helisa (spiralny model cząsteczki DNA) jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych motywów geometrycznych występujących w przyrodzie i źródłem inspiracji naukowych, artystycznych i architektonicznych.  Prawdziwy boom w badaniach nad układami heliklanymi rozpoczął się w 1953 roku, kiedy Francis Crick z James Watson i Maurice Wilkins określili strukturę podwójnej helisy DNA. Zainteresowanie strukturą, funkcjonalnością i możliwością „programowania” DNA jest od tego czasu niezwykle silne, także w nanotechnologii. Na przykład DNA jest stosowane do wymuszania samoorganizacji nanocząstek w celu zbudowania biosensorów czy optycznie funkcjonalnych układów. Niemniej jednak, naśladowanie dynamizmu i zdolności adaptacyjnych struktur biologicznych, które dzięki ciągłej interakcji z otoczeniem funkcjonują poza stanem równowagi, było do tej pory dużym wyzwaniem.

– W naszych badaniach rozwiązaliśmy ten problem i opracowaliśmy metodę uzyskiwania przełączalnych nanomateriałów o strukturze podwójnej helisy. Udało się to dzięki połączeniu matrycy ciekłokrystalicznej z nanocząstkami, które są do niej chemicznie dopasowane. Obecność matrycy ciekłokrystalicznej powoduje, że układ można swobodnie topić i krystalizować, analogicznie do większości substancji organicznych. Wyjątkowość tej mieszaniny polega na tym, że w obecności chemicznie dopasowanych nanocząstek, podczas ochładzania następuje niespotykany, kontrolowany przez nas proces krystalizacji, w wyniku której materiał spontanicznie tworzy helikalne nanowłókna udekorowane nanocząstkami. Naszym głównym osiągnięciem było z jednej strony wykazanie, w jaki sposób zapewnić chemiczną kompatybilność między matrycą a nanocząstkami, a z drugiej odkrycie i zbadanie procesu krystalizacji. Wykazaliśmy, że dopiero obecność obu składników w mieszaninie pozwala efektywnie tworzyć struktury helikalne. Można zatem powiedzieć, że nasza mieszanina wykazuje właściwości synergiczne, czyli wychodzące daleko poza prostą sumę cech składników ją tworzących – mówi dr hab. Wiktor Lewandowski.

Z aplikacyjnego punktu widzenia istotne jest to, że uzyskany materiał ma wiele właściwości podobnych do układów naturalnych – wyróżnia się hierarchiczną, kompozytową budową, możliwością aktywnej kontroli struktury czy lokalną chiralnością.

– Dodatkowo opracowana przez nas technika jest relatywnie łatwa do przeskalowania, co rozwiązuje często występujący w nanotechnologii problem skalowalności wytwarzanych materiałów. Dla heliakalnych nanomateriałów zawierających metale przewiduje się zastosowania w przyszłych technologiach optoelektronicznych opartych na zjawisku chiralności optycznej. Od naszych rozwiązań do aplikacji jeszcze długa droga, niemniej docenienie uzyskanych wyników przez zespół redakcyjny czasopisma Advanced Materials może świadczyć o wysokim potencjale naszych materiałów. Obecnie pracujemy nad określeniem właściwości optycznych uzyskiwanych układów oraz poszerzeniem spektrum elementów budulcowych (ciekłych kryształów i nanocząstek), które można w tej technologii wykorzystywać – dodaje dr hab. Wiktor Lewandowski.

Wyniki prac zostały opisane w prestiżowym czasopiśmie naukowym Advanced Materials.

Dr hab. Wiktor Lewandowski ukończył studia magisterskie na Wydziale Biologii i Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, doktorat uzyskał zaś na Wydziale Chemii UW (dyplom z wyróżnieniem). Odbył staże naukowe w Massachusetts Institute of Technology w Bostonie w USA, na Uniwersytecie Mariborskim na Słowenii oraz w CICbiomaGUNE w Hiszpanii. Jest laureatem programów START, INTER i First Team Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Uzyskał również granty w programach NCN i MNiSW. W 2012 i 2016 roku otrzymał stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za wybitne osiągnięcia.

źródło: FNP

 


PARTNERZY

forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie