ஸ்விட்ரியானிக் ‘ஜனஸ் துகள்கள்’ ஈர்ப்பை உருவகப்படுத்துதல்

டோக்கியோ பல்கலைக்கழகத்தின் மேம்பட்ட அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்ப ஆராய்ச்சி மையம் மற்றும் தொழில்துறை அறிவியல் நிறுவனம் ஆகியவற்றின் ஆராய்ச்சியாளர்கள், மருந்து விநியோகத்திற்குப் பயன்படும் ஸ்விட்ரியானிக்(zwitterionic) நானோ துகள்களின் மின்னியல் சுய-அமைப்பை மாதிரியாக மாற்றுவதற்கு ஒரு புதிய கணினி உருவகப்படுத்துதலைப் பயன்படுத்தினர். தற்காலிக மின்னூட்ட ஏற்ற இறக்கங்களைச் சேர்ப்பது துல்லியத்தை பெரிதும் அதிகரிக்கிறது, இது புதிய வகை சுய-வரிசைப்படுத்துதல் ஸ்மார்ட் பொருட்களின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுக்கும் என்று அவர்கள் கண்டறிந்தனர்.

பண்டைய ரோமானிய புராணங்களின்படி, ஜானோஸ் என்பது ஆரம்பம் மற்றும் முடிவுகளின் கடவுள். இரண்டு முகங்களுடன் அவரது சித்தரிப்பில் அவரது இரட்டை இயல்பு அடிக்கடி பிரதிபலித்தது. ஜானஸ் துகள்கள் என்று அழைக்கப்படுவதற்கு அவர் தனது பெயரைக் கொடுத்துள்ளார், அவை அவற்றின் மேற்பரப்பில் இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட வெவ்வேறு இயற்பியல் அல்லது வேதியியல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன. ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய இரு முக தீர்வு ஸ்விட்ரியானிக் துகள்களைப் பயன்படுத்துவதை உள்ளடக்கியது. இவை நேர் மின்னூட்டம் செய்யப்பட்ட பக்கமும் எதிர்மறையாக மின்னூட்டம் செய்யப்பட்ட பக்கமும் கொண்ட கோளங்கள் ஆகும். ஆராய்ச்சியாளர்கள் சில நிபந்தனைகளுக்கு ஆளாகும்போது தங்களை ஒழுங்கமைக்கக்கூடிய கட்டமைப்புகளை உருவாக்க முற்பட்டனர். இருப்பினும், இந்த வகையான “பாட்டம்-அப்” வடிவமைப்பிற்கு மிகவும் துல்லியமான கணினி உருவகப்படுத்துதல் தேவைப்படுகிறது.

இப்போது, ​​டோக்கியோ பல்கலைக்கழகத்தின் மேம்பட்ட அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்ப ஆராய்ச்சி மையம் மற்றும் தொழில்துறை அறிவியல் நிறுவனம் ஆகியவற்றின் ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு புதிய கணினி மாதிரியை உருவாக்கியுள்ளனர். இது துகள்களின் மேற்பரப்பில் ஏற்படும் மாற்ற விநியோகங்களில் நிலையற்ற ஏற்ற இறக்கங்களை உள்ளடக்கியது. தற்போதைய மென்பொருளுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​பல்வேறு வகையான கட்டமைப்புகளை கொண்டுள்ளது. “அயனியாக்கம் இயக்கவியல் விலகல் அல்லது தொடர்பை உருவகப்படுத்துவது இயல்பாகவே மிகவும் சவாலானது, மேலும் சுய-நிலையான முடிவுகள் கிடைக்கும் வரை மீண்டும் மீண்டும் செய்ய வேண்டும்” என்று ஜியாக்சிங் யுவான் கூறுகிறார்.

ஒவ்வொரு துகளும் ஒரு நிலையான மின்னேற்றத்தைக் கொண்டுள்ள முந்தைய அனுமானம் தவறான முடிவுகளுக்கு வழிவகுக்கும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிந்தனர். DNA-வின் நீளமான இழைகளை பிரத்தியேகமாக உருவாக்குவதற்குப் பதிலாக, கச்சிதமான கிளஸ்டர்களுக்கு சாத்தியமான மாற்றங்களை உருவகப்படுத்த, DNA-வின் மேற்பரப்பு மின்னூட்டத்தில் குறுகிய கால ஏற்ற இறக்கங்களை கணினி இணைக்க வேண்டும். குறைந்த உப்பு செறிவு மற்றும் உயர் மின்னியல் இணைப்புகளின் வலிமை ஆகியவற்றில், இந்த வேறுபாடுகள் கொண்டுள்ளன.

புரதங்கள் மிகவும் குறிப்பிட்ட வடிவங்களில் மடிகின்றன, ஏனெனில் அவை அவற்றின் மேற்பரப்பில் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்னூட்டங்களால் ஈர்க்கப்படுகின்றன. எதிர்காலத்தில், செயற்கையாக வடிவமைக்கப்பட்ட துகள்கள் நிலைமைகளில் ஏற்படும் மாற்றத்தால் தூண்டப்படும் போது சுய-வரிசைப்படுத்தல் செய்ய முடியும். “ஸ்விட்ரியானிக் துகள்கள் மூலம், மின்னூட்டம் செய்யப்பட்ட புரதங்களின் சுய-ஒழுங்கமைப்பைப் போலவே, டியூன் செய்யக்கூடிய பண்புகளுடன் செயல்பாட்டுப் பொருட்களை உருவாக்குவோம் என்று நம்புகிறோம்” என்கிறார் மூத்த எழுத்தாளர் ஹாஜிம் தனகா.

இந்த ஆய்வு, இயற்பியல் மறுஆய்வு கடிதங்களில் வெளியிடப்பட்டது.

References:

• Yuan, J., Takae, K., & Tanaka, H. (2022). Impact of Charge Regulation on Self-Assembly of Zwitterionic Nanoparticles. Physical Review Letters, 128(15), 158001.
• Yang, F., He, X., Tan, W., Liu, G., Yi, T., Lu, Q., & Xu, Z. (2022). Adhesion-Shielding based synthesis of interfacially active magnetic Janus nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science, 607, 1741-1753.
• Chambers, M., Mallory, S. A., Malone, H., Gao, Y., Anthony, S. M., Yi, Y., & Yu, Y. (2016). Lipid membrane-assisted condensation and assembly of amphiphilic Janus particles. Soft Matter, 12(45), 9151-9157.
• Lee, K., Zhang, L., Yi, Y., Wang, X., & Yu, Y. (2018). Rupture of lipid membranes induced by amphiphilic Janus nanoparticles. ACS nano, 12(4), 3646-3657.
• Lebdioua, K., Cerbelaud, M., Aimable, A., & Videcoq, A. (2021). Study of the aggregation behavior of Janus particles by coupling experiments and Brownian dynamics simulations. Journal of Colloid and Interface Science, 583, 222-233.