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Laser control over crystal nucleation

Projektbeschreibung

Eine bessere Kontrolle über die Kristallisation dank exotischer Licht-Materie-Interaktionen

Kristalle können die verschiedensten Bestandteile haben. Ionische bilden Salzkristalle, molekulare bilden Zuckerkristalle und natürlich werden alle Arten von Atomen, Molekülen und sogar Peptide und mehr in den Laboren der Welt kristallisiert. Die Kontrolle über die Nukleation, die den Kristallisationsprozess einleitet und einen kleinen Nukleus bildet, auf dem der Kristall wächst, ist für das Ergebnis entscheidend. Das EU-finanzierte Projekt CONTROL wird die experimentellen und theoretischen Grundlagen für die Nutzung optischer Pinzetten und anderer exotischer Licht-Materie-Interaktionen schaffen, die eine beispiellose Kontrolle über die entstandenen Kristalle bietet. Die Kommerzialisierung der neuartigen Plattform ist Teil des Plans, um eine neue Ära von Innovationen durch die kontrollierte Kristallisation einzuleiten.

Ziel

The CONTROL programme I propose here is a five-year programme of frontier research to develop a novel platform for the manipulation of phase transitions, crystal nucleation, and polymorph control based on a novel optical-tweezing technique and plasmonics. About 20 years ago, it was shown that lasers can nucleate crystals in super-saturated solution and might even be able to select the polymorph that crystallises. However, no theoretical model was found explaining the results and little progress was made.

In a recent publication (Nat. Chem. 10, 506 (2018)), we showed that laser-induced nucleation can be understood in terms of the harnessing of concentration fluctuations near a liquid–liquid critical point using optical tweezing. This breakthrough opens the way to a research programme with risky, ambitious, and ground-breaking long-term aims: full control over crystal nucleation including chirality and polymorphism.

New optical and microscopic techniques will be developed to allow laser manipulation on a massively parallel scale and chiral nucleation using twisted light. Systematically characterising and manipulating the phase behaviour of mixtures, will allow the use of the optical-tweezing effect to effectively control the crystallisation of small molecules, peptides, proteins, and polymers. Exploiting nanostructures will allow parallelisation on a vast scale and fine control over chirality and polymorph selection through plasmonic tweezing. Even partial success in the five years of the programme will lead to fundamental new insights and technological breakthroughs. These breakthroughs will be exploited for future commercial applications towards the end of the project.

Finanzierungsplan

ERC-ADG - Advanced Grant

Gastgebende Einrichtung

UNIVERSITY OF GLASGOW
Netto-EU-Beitrag
€ 2 488 162,00
Adresse
UNIVERSITY AVENUE
G12 8QQ Glasgow
Vereinigtes Königreich

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Region
Scotland West Central Scotland Glasgow City
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Gesamtkosten
€ 2 488 162,50

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