Похожие презентации:
Молекулярно-упорядоченные ансамбли. Молекулярная архитектура и развитие современных технологий. Жидкие кристаллы
1.
Современные проблемы наук оматериалах и процессах
3. Молекулярно упорядоченные ансамбли.
Роль самоорганизации. Молекулярная
архитектура и развитие современных
технологий. Жидкие кристаллы.
Профессор Б.И.Островский
[email protected]
2.
Самоорганизация?3.
Самоорганизация?micelle
cross section
reverse
micelle
cross section
4.
Фрактальные формы организации5. Жидкие кристаллы (самоорганизация больших органических молекул)
6.
Что такое жидкие кристаллы?(анизотропные жидкости)
Кристаллы
Позиционный порядок
(трансляционный)
Жидкие кристаллы
Ориентационный порядок +
+ пониженный трансляционный
порядок
7. Молекулы жидких кристаллов и их упрощенные модели
8. Виды упорядочения жидких кристаллов
Изотропнаяфаза
Т
А
Смектические ЖК
Нематические ЖК
С
1T3D
9.
Нематические мезофазыn
10.
Смектическая (слоевая) фазаБислой,
образованный
амфифильными
молекулами
H 2O
Термотропные ЖК
Лиотропные ЖК
11. Предельные группы симметрии - группы Кюри
12.
Симметрия ЖК фазСуществуют ли
полярные нематики?
Полярная группа
симметрии
- ЖК сегнетоэлектрики
13.
Хиральность14. Молекулы дискотических ЖК
15. Колончатые фазы различной симметрии
16.
Самоорганизующиесяамфифильные
системы
17. Соли жирных кислот, фосфолипиды
18.
19.
20.
21. Структуры формируемые липидами в присутствии растворителя
22.
23. Лиотропные жидкие кристаллы
24. Трехмерно-периодическая лиотропная структура (фоговая фаза)
Минимизирутся:поверхностная энергия;
энергия упругих искажений,
гидратные силы
Plumbers nightmare
25. Микроэмульсии
26.
Схематическое строениебиологической мембраны
27. Биологические системы
28.
Генетически заложенная программа(кодированная самоорганизация)
Запускается различного рода воздействиями
Nucleus
(DNA)
Controled
exchanges
Cytoplasm RNA, Proteins
29.
30.
Укладка ДНКв хромосоме
31.
Структура ДНК(дезоксирибонуклеиновая кислота)
32.
Молекулы ДНК контролируют и передаютгенетическую информацию в живых организмах
33.
ЦитозинАденин
Гуанин
Тимин
34.
covalent bond(strong)
hydrogen bonds
(weak)
35.
Розалинда ФранклинКэмбридж, Англия, начало пятидесятых годов
36.
Морис Уилкинс37.
Джеймс Ватсон и Френсис КрикWe wish to suggest a structure for the salt of deoxiribose
nucleic acid (D.N.A.). This structure has novel features
which are of considerable biological interest
38.
Двойная спираль ДНКЧетырехбуквенный
алфавит (!!)
39.
40.
41.
ДНК – электронная микроскопия42.
Сложные структуры ДНК43.
Репликация ДНККогда клетка приступает к делению и необходима дополнительная ДНК для дочерних
клеток, ферменты начинают «расстегивать» лестницу ДНК, как застежку-«молнию»,
обнажая индивидуальные основания. Другие ферменты присоединяют соответствующие
основания, находящиеся в окружающей жидкой среде, к парным «обнажившимся»
основаниям — А к Т, Г к Ц и т. д. В результате на каждой из двух разошедшихся цепей ДНК
достраивается соответствующая ей цепь из компонентов окружающей среды, и исходная
молекула дает начало двум двойным спиралям.
44.
45.
Научный проект «геном человека»(старт в 1988 г.)
Определение полной последовательности
нуклеотидов в геноме человека
46.
Геном человека47.
48.
!!49.
50.
51.
d <<h <<
Разрешение порядка /20
52.
53.
x px hpx = ћ kx ћ (2kx) = ћ(4 / )
x /2
=
2h/
54.
x px hpx = ћ kx ћ (2kx)
x h/ px 1/kx
55.
«Ближнее поле»-1 2a
56.
Bethe H A Phys. Rev. 66 163 (1944)57.
a 20 50 nm58.
59.
Modified slide from Kobus Kuipers and Niek van Hulst et al.Transmission of light through a near-field tip
200 nm
Excitation light
Al
NSOM probe
FIB treated probe
Aperture ~20-100 nm
Protein, dendrimer, DNA, etc.
single fluorophores
Fluorescence
Thin polymer film,
self-assembled monolayer,
cell membrane, etc.
60.
Мозг наш на редкость сложно устроен, в этомпричина несовершенства человеческой жизни.
Поэтому не стоит ожидать, что наша жизнь
когда-нибудь станет идеальной.
61.
Пленки Ленгмюра-Блоджет62.
Молекулярное конструирование63. Ленгмюровские монослои
64. Фазовая диаграмма ленгмюровского монослоя солей жирных кислот
65. Ленгмюровская ванна
66.
The Instrument67. Получение пленок Ленгмюра-Блоджет (1)
Предварительнаяподготовка подложек
68.
Получение пленок Ленгмюра-Блоджет (2)69.
70. Получение сверхструктур
71. Активный элемент, полученный по ЛБ технологии
72. Двумерная кристаллизация белков
Самосборкапо принципу
ключ-замок
Прототип
биологических
мембран
73. Применение ЛБ пленок
74.
Electrode / molecular monolayer / electrodejunction
Arrays of interconnected electrode / monolayer / electrode tunneling
junctions can be assembled combining the Langmuir–Blodgett technique
with electron beam evaporation.
75. Газовые сенсоры, искусственный «нос»
76. Тонкопленочные полевые транзисторы
Подзатворныйдиэлектрик
77.
Другие применения:1. Отражательные дифракционные решетки
для спектрометров рентгеновского диапазона.
2. Покрытия (избирательные фильтры) для солнечных
батарей.
78.
Bragg mirrorAntireflection coatings (Fresnel equations)
Bragg’s law:
2n averaged cos( ) m
79.
Полимеры80.
81.
полиэтилен82.
Блок-сополимеры83.
Структура блок сополимеров84.
Самоорганизация в блок-сополимерахБлоки А и В не смешиваются друг с другом и в системе
происходит локальное расслоение ниже некоторой
температуры Tс.
F= U TS
85.
Физика расслоения (разделения фрагментов) макромолекул строитсяна основе общей теории упорядочения в бинарных смесях жидкостей
(сплавов), рассмотренной ранее с помощью решеточной модели.
Полномасштабная сегрегация невозможна вследствие ковалентной связи
между блоками. Вместо этого происходит локальное (микрофазное)
разделение фрагментов цепи с образованием
областей, обогащенных блоками А или В.
= (kBT) 1[ AB 1/2( AA + BB)]
- параметр Флори-Хаггинса;
Здесь AB , AА и ВB энергии, относящиеся к парным взаимодействиям
полимерных звеньев. Тенденция к разделению полимерных блоков:
>0; T 1
86.
87.
T-188.
89.
90.
91.
92.
93.
94.
95.
96. Коллоидные кристаллы
97. Взаимодействие коллоидных частиц в растворе
98. Примеры коллоидных частиц
99. Самосборка из коллоидного раствора
100.
Коллоидный кристалл101. Дифракция рентгеновских лучей на коллоидных кристаллах
102.
Фотонные кристаллы103.
Definition: определенияОсновные
A photonic crystals is a periodic arrangement
of a dielectric material
that exhibits strong interaction with light
104.
Examples:Примеры:
1D: Bragg Reflector
2D: Si pillar crystal
3D: colloidal crystal
105.
106.
Morpho butterfly107.
a••
k
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
••
planewave
E, H ~ e
i (k x t )
k /c
2
for most , beam(s) propagate
through crystal without scattering
(scattering cancels coherently)
...but for some (~ 2a), no light can propagate: a photonic band gap
108.
Dispersion relation= ck
n1: high index material
n2: low index material
frequency ω
standing wave in n2
n1 n2
bandgap
standing wave in n1
0
π/a
wave vector k
n1 n 2 n1 n2 n1
109.
Кинематический подход –отражение настолько мало,
что можно пренебречь
ослаблением первичной волны
110.
111.
3D Photonic Crystals•Woodpile structures
•Colloidal crystals
•Inverse opals
•Focused Ion Beam
•...
Photonic Bandgap: No propagation of light with frequencies
within the bandgap for three directions !
W.L. Vos [AMOLF]
1 m
S.Y. Lin et al, Nature 394 (1998) 251
www.photonicbandgaps.com for lots of information and more
112.
Nanophotonics examplesW.L. Vos
AMOLF
K. Kuipers
AMOLF
1 m
Trapping light in
photonic crystals
Anomalous transmission
through nanohole arrays
Photonic nanowires
4 m
J. Gomez Rivas
AMOLF, Philips
DNA-templated quantum dots
113.
Silica fiber transparent at 1.55 m1012 Hz
1.3 m
1.55 m
114.
Optical fiber:long distance communication