Opis projektu
Egzotyczne oddziaływania światło–materia zwiększają kontrolę nad krystalizacją
Sieć krystaliczna może być zbudowana z różnych elementów: kryształy soli składają się z jonów, a kryształy cukrów z cząsteczek. W laboratoriach na całym świecie krystalizuje się różne atomy, cząsteczki, a nawet peptydy. Krystalizacja zaczyna się od nukleacji – utworzenia małego jądra, wokół którego rośnie kryształ. Możliwość kontrolowania tego etapu jest niezwykle istotna, ponieważ ma on decydujący wpływ na finalny rezultat całego procesu. W ramach finansowanego ze środków UE projektu CONTROL opracowane zostaną doświadczalne i teoretyczne podstawy wykorzystania szczypców optycznych i innych egzotycznych oddziaływań światło–materia w celu uzyskania niespotykanej dotąd kontroli nad procesem formowania się kryształu. Komercjalizacja tej nowatorskiej platformy wpisuje się w plan rozpoczęcia nowej ery innowacji opartych na kontrolowanej krystalizacji.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-ADG - Advanced GrantInstytucja przyjmująca
G12 8QQ Glasgow
Zjednoczone Królestwo