Language
Country/Area
No result found
Почему приборы поверхностной силы могут показать, как молекулы воды танцуют между молекулами?
Научное сообщество продолжает исследовать тайны микроскопического мира, и прибор поверхностной силы (SFA) является одним из ключевых инструментов. Основная функция SFA — измерение силы взаимодействия между двумя поверхностями, особенно молекул воды и их межмолекулярных взаимодействий. Первоначально его дизайн был вдохновлен Дэвидом Табором и Р.Х.С. Уинтертоном из Кембриджского университета, а позже, в 1970-х годах, Дж.Н. Исраелачвили распространил эту технологию на жидкие среды, особенно на водную фазу. По мере развития этой технологии учёные смогут лучше понимать поведение молекул воды в различных средах.
Приборы поверхностной силы могут раскрыть тайны танца молекул воды, позволяя ученым наблюдать, как молекулы воды взаимодействуют друг с другом.
Основные принципы работы приборов поверхностного воздействия
Приборы для измерения поверхностной силы используют технологию оптической интерференции для измерения расстояния между двумя поверхностями с помощью элементов точного позиционирования. Эта технология способна определять расстояния с точностью до 0,1 нанометра и обнаруживать силы величиной всего 10^-8 Ньютонов. В отличие от атомно-силовой микроскопии, SFA лучше подходит для измерения взаимодействий между поверхностями и может точно измерять силы в более широком диапазоне.
Прыжковый метод и резонансный метод
SFA имеет два основных метода измерения, а именно метод скачка и резонансный метод. В методе прыжка верхняя цилиндрическая поверхность крепится к паре консольных пружин. Когда нижняя цилиндрическая поверхность приближается, они внезапно вступают в контакт и «прыгают» вместе. Этот процесс позволяет точно измерить расстояние между поверхностями.
Наблюдая за тем, как молекулы воды прыгают на разные расстояния, ученые могут раскрыть ее основные физические свойства.
Резонансный метод позволяет уменьшить помехи, вызванные вибрацией, и измерить силу между различными поверхностями посредством вибрации известной частоты. Выполнение этого измерения в вакууме позволяет получить более точные данные.
Режим растворителя и динамический режим
С развитием технологий возможности измерения SFA постепенно расширились до различных сред и условий. Большинство ранних экспериментов проводились на воздухе или в вакууме, но теперь в процесс измерения можно добавлять воду или другие растворители. Этот шаг позволяет ученым лучше понять, как молекулы воды ведут себя в биологических мембранах или белках.
Это достижение в области SFA открывает новую главу в изучении биомолекулярных взаимодействий, раскрывая колебательные и структурные силы молекул воды.
Кроме того, динамический режим SFA может измерять вязкость и вязкоупругие свойства жидкостей, а также зависящие от времени взаимодействия между поверхностями, что делает его предпочтительным для приложений в области науки о поверхности.
Применение в лаборатории
Лаборатории по всему миру сделали приборы поверхностного воздействия важной частью исследовательского оборудования для науки о поверхности. Исследователи могут использовать этот инструмент для изучения свойств новых материалов, технологий защиты поверхности и биомедицинских проблем. В этом процессе «танец» молекул воды больше не является абстрактной концепцией, а представляет собой ряд поддающихся количественной оценке данных, что открывает совершенно новое окно для научного сообщества.
Этот метод не только обеспечивает глубокое понимание интерактивного поведения молекул воды, но также может совершить революцию в материаловедении.
В настоящее время, с дальнейшим развитием технологий, потенциал SFA для изучения наномасштабных явлений и поведения продолжает расширяться. Как эти крошечные взаимодействия повлияют на наше понимание физического мира? Может быть, они принесут нам больше сюрпризов и вдохновения в будущем?
