Новый уровень исследований: от моделирования к применению
Исследователи БФУ имени Иммануила Канта представили передовой вычислительный метод, гарантирующий высокоточный расчет световых характеристик серебряных наночастиц с различной морфологией. Этот мощный инструмент лег в основу создания виртуальных копий нанообъектов — цифровых двойников. Они детально предсказывают особенности взаимодействия реальных частиц со световыми потоками. Ранее для получения подобной информации требовался дорогой и длительный эксперимент. Новая разработка открывает широкие возможности для конструирования сверхчувствительных оптических датчиков, в том числе систем выявления заболеваний на ранней стадии и контроля эффективности лекарств в организме человека.
Серебряные наночастицы: незаменимые помощники
Благодаря уникальной способности уничтожать микробы, наночастицы серебра активно интегрируются в медицину: при лечении инфекций, в системах адресной доставки лекарств и покрытиях для имплантатов. Также они востребованы в промышленных секторах, от электроники до технологий очистки среды. Для каждой конкретной задачи требуются частицы с особыми параметрами — размером, формой, определенным световым откликом. Традиционный подбор этих характеристик связан с требовательным лабораторным синтезом, что требует много времени и средств, побуждая ученых искать интенсивно ищут пути оптимизации процесса.
Цифровой скачок: алгоритм вместо синтеза
Решение было найдено командой Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград). Они создали математический алгоритм, который точно определяет оптические свойства наночастиц серебра независимо от их формы и размера, полностью исключая необходимость их физического производства.
Как работает алгоритм: моделирование света
Используя этот инструмент, ученые смоделировали поведение частиц серебра, принявших формы сфер, цилиндров, игл и звезд, в условиях вакуума и воды — ключевой среды для синтеза. Алгоритм позволил детально изучить, как модели реагируют на свет в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном спектрах: насколько интенсивно поглощают и рассеивают излучение различных длин волн, усиливая его или, наоборот, ослабляя.
Уникальные «оптические паспорта»
Исследование выявило, что каждая геометрия наночастицы обладает неповторимым световым «отпечатком пальца». Особенно примечательно, что нанозвезды и наноиглы способны фокусировать световую энергию на своих острых вершинах. Эта ключевая особенность делает их наиболее привлекательными объектами для эффективного усиления световых сигналов в биологически важном ближнем инфракрасном диапазоне.
Время и ресурсы: ключевое преимущество
Представленная методика кардинально упрощает процесс разработки новых наноматериалов для науки и практики. Теперь достижение требуемых свойств частиц не сопряжено с опытами над десятками пробных образцов. Это не только значительная экономия времени и ресурсов, но и реальный шанс создавать ранее недоступные сложные наноустройства. Реализация данного проекта стала возможной благодаря поддержке математического центра имени Софьи Ковалевской и активной исследовательской работе аспирантов, глубоко изучивших предмет. Ученые подчеркивают важность переноса результатов фундаментальных расчетов и данных моделирования в практическое русло, открывая новую эру в нанотехнологиях с безграничным потенциалом для фотоники и биомедицины.
Источник: indicator.ru
