Nanotechnologia

W świecie atomu i molekuł, rządzonym przez chaotyczne fluktuacje, nieprawdopodobne wydaje się spontaniczne uformowanie się wzorów Turinga – tych samych, które są odpowiedzialne za, m.in. paski zebry. Polsko-duński zespół fizyków udowodnił po raz pierwszy w historii, że nie tylko jest to możliwe, ale również może zostać wykorzystane w wielu potencjalnych mechanizmach.

Każdy wie jak wyglądają paski zebry, ale nie każdy jest zaznajomiony z chemicznymi reakcjami je tworzącymi, które pierwszy opisał znany brytyjski matematyk – Alan Turing – pionier informatyki. Wzory Turinga, najczęściej opisywane jako okresowe zmiany koncentracji substancji chemicznych, zostały do tej pory zaobserwowane jedynie w skali mikronowej lub większej. Wydawało się, że w nanoskali, gdzie ruchem atomów i cząsteczek rządzą przypadkowe siły, wzory te nie mogą tworzyć się spontanicznie.

„Do tej pory nikt nie badał możliwości formowania się wzorów Turinga na poziomie pojedynczych atomów czy cząsteczek, jednak nasze badania pokazują, że jest to możliwe. W takim wypadku jesteśmy w stanie znaleźć ich zastosowanie w nanotechnologii i inżynierii materiałowej”, mówi dr Bogdan Nowakowski z warszawskiego Instytutu Chemii Fizycznej PAN, jedne z naukowców pracujących w polsko-duńskim zespole badawczym.

Wzory Turinga powstają w dynamicznych systemach, dalekich od stanu równowagi. W odpowiednich warunkach może zaistnieć mechanizm sprzężenia zwrotnego: zachodzące reakcje chemiczne wpływają na koncentrację swoich własnych komponentów, które w rezultacie mogą zmieniać charakter tej reakcji. Proces ten doprowadza do uformowania się okresowych, choć niekoniecznie monotonnie regularnych wzorów. W przyrodzie wzory tego typu odgrywają ważną rolę, szczególnie w formowaniu młodych organizmów (morfogeneza). Przykładem jest początkowa faza rozwoju embrionów kręgowców, gdzie w mezodermie grzbietowej właśnie w taki sposób formowane są segmenty okresowe, tzw. somity, później  przekształcone we fragmenty kręgosłupa.

Możliwość tworzenia wzorów Turinga w nanoskali otwiera nowe możliwości , szczególnie w dziedzinie powierzchniowej modyfikacji materiałów. Poprzez odpowiednią selekcję składu chemicznego odczynników, oraz warunków, w jakich zachodzi reakcja, prawdopodobne jest stworzenie dwu- lub trójwymiarowych wzorów Turinga. Tak uformowane wzory mogą być utrwalone, np. poprzez fotopolimeryzację.

Źródło artykułu

Źródło grafiki