Die farbwechselnde Haut des Chamäleons, die teleskopischen Augen der Jakobsmuschel, seine Forschung gilt unsichtbaren Molekülen, aber er kann die Geheimnisse der Natur nutzen, um magische Instrumente zu entwickeln

·Herausgeber dieser Ausgabe:

Tao Kai ist Forscher an der School of Mechanical Engineering der Zhejiang-Universität, Leiter des Bio-Organic Self-Assembly Laboratory des Future Science Institute des Hangzhou International Science and Technology Innovation Center der Zhejiang-Universität und stellvertretender Direktor des Zhejiang-Israel Joint Laboratory for Self-Assembly Functional Materials.

·In dieser Ausgabe veröffentlichte Ergebnisse:

Physikalische Gasphasenabscheidungssysteme für bioorganische Materialien

In diesem Jahr findet das 7. Future Life Festival statt und es ist zugleich das sechste Mal, dass wissenschaftliche und technologische Errungenschaften auf dieser Bühne präsentiert werden, um der Öffentlichkeit die Neuheit der Technologie und die Schönheit der Wissenschaft näherzubringen. Der Herausgeber dieser Ausgabe, Tao Kai, ist Forscher an der Fakultät für Maschinenbau der Zhejiang-Universität und am Hangzhou International Science and Technology Innovation Center und auf den Bereich der molekularen Fertigungsforschung spezialisiert.

Molekulare Geheimnisse der Natur entschlüsseln

Für die meisten Menschen ist der Begriff „Molekulare Fertigung“ noch immer ein wenig ungewohnt. Was genau ist „Molekulare Fertigung“? Zu Beginn des Austauschs gab Tao Kai zunächst Beispiele von zwei uns bekannten Tieren.

Wir alle wissen, dass Chamäleons ihre Hautfarbe je nach Umgebungsveränderungen ändern können, aber warum können Chamäleons ihre Farbe ändern? Der Grund hierfür liegt darin, dass Chamäleons selbstorganisierte Guaninkristalle verwenden, die so angeordnet sind, dass sie eine photonische Kristallarchitektur bilden, wodurch sich ihre Hautfarbe ändert. Auch leckere Jakobsmuscheln stehen bei uns auf dem Tisch. Ich frage mich, ob Sie jemals lebende Jakobsmuscheln beobachtet haben. Tatsächlich haben Jakobsmuscheln mehr als 200 Augen und die Struktur dieser Augen ist sehr komplex. Im Tierreich kann man sie als „astronomische Teleskope“ bezeichnen. Die neue Generation des Webb-Weltraumteleskops ist von diesen winzigen Jakobsmuschelaugen inspiriert. Das Geheimnis liegt darin, dass Jakobsmuscheln eine selbstorganisierende Array-Architektur verwenden, um eine große Sichtweite für ihre Augen zu erreichen.

„Diese Organismen in der Natur verwenden kleine, für uns unsichtbare Moleküle, um sich selbst zu Anordnungsstrukturen zusammenzufügen und letztendlich diese erstaunlichen Eigenschaften zu entwickeln.“ Tao Kai erklärte allen, dass molekulare Fertigung bedeutet, mit dem Entwurf von Molekülen zu beginnen, um Materialien oder Strukturen mit spezifischer Morphologie und spezifischen Eigenschaften vorzubereiten und diese dann für den Entwurf und die Herstellung der funktionalen Geräte zu verwenden, die wir brauchen.

Der Fortschritt der Wissenschaft ist untrennbar mit der Entwicklung von Instrumenten verbunden

Wenn ein Handwerker seine Arbeit gut machen möchte, muss er zuerst seine Werkzeuge schärfen. Schon in „Zhuangzi · Himmel und Erde“ gab es eine Aufzeichnung über Werkzeuge: „Ich habe von meinem Lehrer gehört, dass es dort, wo es Maschinen gibt, auch mechanische Dinge geben muss.“ Man kann sagen, dass der Aufstieg der menschlichen Industrie mit der Entwicklung der mechanischen Fertigung einhergeht. Heutzutage hat sich die mechanische Fertigung von der traditionellen aufwendigen, energieintensiven, wenig präzisen makroskopischen Fertigungsmethode zu einer verfeinerten, energiesparenden (rein atomaren/molekularen), hochpräzisen mikroskopischen Fertigungsmethode entwickelt.

Allerdings konzentriert sich die gesamte aktuelle wissenschaftliche Forschung zur molekularen Herstellung noch immer hauptsächlich auf die Ebene der Selbstorganisation. Tao Kai ist außerdem stellvertretender Direktor des gemeinsamen Labors für selbstorganisierte Funktionsmaterialien Zhejiang-Israel. Er teilte allen mit, dass die vom israelischen Labor gebaute Ausrüstung der ersten Generation den Anforderungen mehrstufiger und komplexer Array-Architekturen nicht mehr gerecht werden könne. Ihre neuesten Forschungsergebnisse, die auch beim Future Life Festival veröffentlicht wurden, sind daher physikalische Gasphasenabscheidungssysteme für bioorganische Materialien.

Die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) klingt etwas kompliziert, wurde aber tatsächlich erstmals im frühen 20. Jahrhundert eingesetzt. Es hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt und ist zu einer neuen Technologie mit breiten Anwendungsaussichten geworden. Heutzutage wird die physikalische Gasphasenabscheidung zunehmend zur Herstellung dünner Filme und Beschichtungen auf Substraten wie Metallen, Keramiken und Polymeren eingesetzt und kommt in Bereichen wie der Automobilindustrie, der Verteidigung und dem Gesundheitswesen zum Einsatz. Die traditionelle Technologie der physikalischen Gasphasenabscheidung ist jedoch nur auf nicht biologisch aktive Systeme anwendbar und ist bei biologischen organischen Systemen wirkungslos.

Die Entwicklung der physikalischen Gasphasenabscheidungstechnologie für bioorganische Materialien hat neue Möglichkeiten für die molekulare Herstellung eröffnet. Durch den Einsatz dieser Technologie zur Erstellung bioorganischer Arrays können Wissenschaftler die Natur in der bionischen Fertigung nachahmen und funktionale Geräte mit höherer Leistung entwickeln. Dies wird nicht nur den Fortschritt in Wissenschaft und Technologie fördern, sondern der menschlichen Gesellschaft auch einen bequemeren, intelligenteren und nachhaltigeren Lebensstil ermöglichen.

Zum Abschluss seiner Ankündigung nannte Tao Kai den Nobelpreis als Beispiel: „Seit der erste Nobelpreis im Jahr 1901 verliehen wurde, beginnend mit Röntgens „Entdeckung und Erforschung der Röntgenstrahlen“, wurden mehr als 23 Auszeichnungen für Instrumente und Geräte und mehr als 25 Auszeichnungen für die Nutzung fortschrittlicher Instrumente vergeben.“

Genau wie das Thema dieser Ausgabe: Wenn Sie etwas gut machen möchten, müssen Sie zuerst Ihre Werkzeuge schärfen. Ich bin davon überzeugt, dass uns mit der Entwicklung umweltfreundlicherer und saubererer physikalischer Gasphasenabscheidungssysteme für bioorganische Materialien in Zukunft mehr Raum für Innovationen erwartet. Diese fortschrittlichen Geräte, die das Ergebnis der harten Arbeit wissenschaftlicher Forscher sind, werden uns eine neue Ära voller Hoffnung und Überraschungen eröffnen.

Metropolis Express·Chengshi Interactive-Reporter Weng Danni und Han Xiaojuan