Skræddersyning af overfladen af ​​kulstof kan indeholde nøglen til overvågning af patientblod i realtid

De potentielle anvendelser for skræddersyede kulstofoverflader er brede og omfatter beskyttende belægninger, bil dele, biomedicinske belægninger og biosensorer. Men for at denne udvikling kan realiseres, Der er stadig behov for detaljeret viden om atomniveau om, hvordan kulstofoverflader er opbygget, og hvordan de kan ændres.

Takket være udviklingen af ​​en ny beregningsmodel, Postdoktorforsker Miguel Caro står i spidsen for arbejde på dette område af forskere ved Aalto University, der arbejder i partnerskab med professor Gábor Csányi og Dr. Volker Deringer fra Cambridge University.

"For første gang, vi kan identificere de kemiske egenskaber af kulstofoverflader og bedre forstå, hvordan vi kan forberede dem til specifikke formål, "forklarer Aalto Universitets professor Tomi Laurila.

Det lokale miljø for hvert atom i amorfe carbonatomer, også kaldet diamantlignende carbonatomer, er lidt anderledes. Det betyder, at antallet af nærliggende atomer, samt afstandene og vinklerne mellem dem, varierer, udgør en stor udfordring i søgen efter at tilpasse disse overflader.

Den nye beregningsmodel har endelig givet forskere mulighed for at identificere en lang række lokale atommiljøer og klassificere dem efter deres egenskaber. Forskergruppen har også beregnet de forskellige grader af styrke, hvormed forskellige grupper - brint, alkohol (hydroxyl), og ilt - vil fæstne til overfladesteder. Nogle obligationer er, naturligt, stærkere end andre. Fordi nye oplysninger om overfladestrukturer kan inkorporeres for at 'omskole' og forbedre modellen, egenskaberne af stadig ukendte overflader kan forudsiges baseret på tidligere resultater.

"Gennem beregninger, vi kan nu ikke kun undersøge, hvordan materialeoverflader ser ud på atomniveau, men også se, hvordan de interagerer med andre stoffer under analyse, samt forstå den slags kemiske grupper, der dannes på disse overflader på grund af denne interaktion. Vi undersøger også, hvilke slags overflader der er nødvendige for at optimere interaktionen med molekyler, som vi gerne vil kunne detektere, såsom hydrogenperoxid, ”forklarer Laurila.

Med andre ord, disse simuleringsmodeller baseret på densitetsteori og maskinlæring fortæller os, hvilken slags strukturer der kan udvikles - og hvordan disse strukturer kan optimeres til specifikke applikationer.

"I fremtiden vil vi være i stand til at producere skræddersyede kulstofoverflader, for eksempel, til medicinske sensorer, som kunne bruges til at overvåge koncentrationen af ​​en bestemt medicin i en patients blod i realtid. Sporing af ændringer i specifikke biomarkører hos patienter kan være nøglen til at forbedre terapeutiske behandlinger, der aktuelt bruges, eller hjælpe os med at identificere risikoen for udbrud af mange almindelige sygdomme tidligere end nogensinde før, "Siger Laurila.

Undersøgelsen blev offentliggjort i dag i Kemi af materialer.