Sebuah studi baru dipimpin oleh Qian Chen, seorang profesor ilmu material dan teknik. Jie Feng, Profesor Ilmu dan Teknik Mesin. Xiao Su, Profesor Kimia dan Teknik Biomolekuler. Adalah produk pertama yang mendemonstrasikan morfogenesis skala nano dalam bahan sintetis. Studi ini dipublikasikan di jurnal Science Advances.

“Filter dalam sistem pemurnian air rumah tangga mungkin terlihat seperti membran sederhana dengan pori-pori, tetapi ketika diperbesar menggunakan tomografi elektron, filter tersebut jauh lebih canggih,” kata penulis utama studi tersebut.Hyo Sung Ann, mantan rekan pascadoktoral di petrokimia dan profesor petrokimia, kata. Teknik material di Chonnam National University di Korea. “Dengan menangkap gambar membran sampel dari tahap yang dapat diputar, kami dapat merekonstruksi morfologi 3D lengkap pada resolusi sub-nanometer.”

Pencitraan dari sudut yang berbeda memungkinkan peneliti untuk melihat struktur 3D kompleks membran, termasuk semua kerutan, rongga internal, dan jaringan, dengan resolusi spasial yang belum pernah ada sebelumnya. Strukturnya sangat kompleks sehingga deskriptor bentuk tradisional seperti jari-jari dan panjang tidak valid, kata Chen, yang memimpin bagian eksperimental penelitian.

Untuk membantu anggota tim khawatir tentang sifat kompleks membran, mahasiswa pascasarjana John W. Smith dan Lee Han Yao telah mengembangkan alur kerja berbasis pembelajaran mesin untuk mendigitalkan parameter struktural.

Upaya Smith dan Yao memiliki dampak langsung.

“Kita dapat melihat kesamaan morfologis antara membran sintetis dan sistem biologis,” kata Feng, yang memimpin studi dinamika fluida dan pemodelan reaksi dengan rekan pascadoktoral Bingqiang Ji. “Kami menguji beberapa model dan menemukan kesepakatan kuantitatif yang mengejutkan dengan teori konvensional yang menjelaskan struktur yang ditemukan dalam sistem biologis makroskopik, seperti pola kulit ikan. Molekulnya cerdas. Ya, kami berharap morfogenesis serupa terjadi dengan bahan polimer lunak lainnya. Hingga sekarang, tidak ada alat untuk melihat mereka.”

“Dampaknya melampaui pemahaman mekanis,” kata Sue, yang memimpin penelitian pemisahan membran dengan mahasiswa pascasarjana Stephen Cotti. “Salah satu teka-teki lama dalam ilmu pemisahan adalah bagaimana mengkorelasikan morfologi dan kinerja membran. Pekerjaan kami menggabungkan pemahaman skala nano yang mendetail tentang morfologi dengan pengujian filtrasi membran. Ini memiliki implikasi penting untuk berbagai konteks isolasi.”

Para peneliti membayangkan berbagai aplikasi dalam pengembangan ini yang memiliki potensi untuk memperluas fungsionalitas bahan nano lunak seperti polimer, vesikel, mikrogel, dan komposit melalui morfogenesis.

“Dengan casting nanomorfologi 3D selama kimia formatif, kemajuan ini akan membantu merancang bahan lain dalam morfologi 3D yang kompleks,” kata Chen. “Teknologi di balik perangkat seperti mesin nano yang berfungsi dan bahan bio-inspired lainnya dengan morfologi antarmuka 3D akurat yang bentuknya dapat memengaruhi interaksi biologis, semuanya berkat penemuan kami. Ada potensi kemajuan.”

Biro Penelitian Sains Angkatan Udara, Program Peralatan Penelitian Akademi Pertahanan Nasional, dan Yayasan Sains Nasional mendukung penelitian ini.

Chen dan Feng juga berafiliasi Institut Nasional untuk Ilmu MaterialChen juga berafiliasi dengan bioteknologi, kimia, kimia, dan teknik biomolekuler. Chen dan Su juga profesor di Beckman Institute for Advanced Science and Technology. Sue juga berafiliasi dengan Teknik Sipil dan Lingkungan Illinois.

Video: https: //youtu.be/Vr_mkSyNte4