Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology
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Elucidation of the external electric field effect on the translocation of R-derivatives peptides across a symmetric lipid bilayer using the umbrella sampling method.
No full textKeywords: Electroporation; constant electric field; oligoarginine; umbrella sampling (US); steered molecular dynamics (SMD); Colvars-SMD; Constraint-SMD; potential of mean force (PMF); octa-arginine.The translocation of cargoes like nanoparticles (NP) and macromolecules like DNA and RNA across the model membrane through different cell-penetrating peptides (CPPs) has been the point of research for the last few years. Electroporation is a technique that helps in transferring foreign molecules like proteins, drugs, antibodies, and highly charged molecules such as DNA into the cell membrane. However, how the external electric field helps in increasing the membrane permeability has yet to be elucidated in detail. Therefore, in this MD study, the presence and the absence of a constant electric field effect were studied during the individual interaction of oligoarginine peptides (R4, R8) with the symmetric lipid bilayer having the following lipid composition: DOPC/DOPG (4:1). The umbrella sampling (US) technique was implemented to compute the free energy barriers. To generate initial basis values for umbrella bins, two steered molecular dynamics (SMD) approaches were used in this study: Colvars-SMD and Constraint- SMD. The results showed that no considerable difference in the potential of mean force (PMF) for both peptides (R4/R8) is present for the former method. However, initially, there was not a significant free energy barrier difference for tetra-arginine with and without an electric field for the later method, but at the end of the simulation, it started showing a noticeable difference with a higher PMF value without an electric field and lower PMF value for with electric field. Furthermore, the octa-arginine case also exhibited similar behavior to the R4 peptide; the free energy barrier was higher in the absence of an electric field and lower in the presence of an electric field. These outcomes are consistent with the already reported literature that the applied electric field lowers the free energy cost. It appears that the higher interaction energy between CPP-lipids may mainly account for the higher free energy barrier for the R8 peptide than the R4 peptide. This research provides an atomic-level insight into how the external electric field affects the translocation of R-derivative peptides through the symmetric membrane. Keywords: Electroporation, constant electric field, oligoarginine, umbrella sampling (US), steered molecular dynamics (SMD), Colvars-SMD, Constraint-SMD, potential of mean force (PMF), octa-arginine.|현재 연구의 주요 초점은 세포막을 통한 CPP의 전위 동안 외부 전위의 영향을 밝히는 것이었습니다. 따라서 외부 전위 효과를 연구하기 위해 구현하기 쉽고 전 세계적으로 허용되는 일정한 전기장 접근 방식이 채택되었습니다. 실제 세포의 일반적인 전위를 모방하기 위해 적용된 전위는 생리학적 범위(0.05V/nm)로 유지됩니다. 또한, 실제 세포 매개변수를 복제하기 위해 우리가 이미 알고 있는 것처럼 지질 혼합물(DOPC/DOPG: 4/1)이 사용되었습니다. 포유류 세포에는 두 가지 유형 이상의 지질이 존재합니다. 현재 시뮬레이션 결과는 적용된 전위가 펩타이드(CPP)가 세포막을 통과하는 데 도움이 된다는 이미 보고된 실험 및 시뮬레이션 결과와 일치합니다. 얻은 결과는 인가된 전기장이 양전하를 띤 CPP를 내부 전단지 쪽으로 밀어내고 결과적으로 기공이 생성되면 전위를 위한 자유 에너지 비용이 낮아진다는 원자 수준의 그림을 제공합니다. 기공이 없는 경우 자유 에너지 장벽에 대한 눈에 띄는 외부 전위 효과는 관찰되지 않았습니다. Colvars SMD 케이스를 볼 수 있습니다. 따라서 이러한 결과는 수공이 전기장 추진 효과를 관찰하는 데 매우 중요한 부분임을 전달합니다. 이 외에도 가능한 많은 요인 중에서 CPP-지질 사이의 정전기 에너지가 주로 R4 시스템보다 R8 시스템의 더 높은 자유 에너지 장벽을 담당할 수 있음을 관찰했습니다. 물론, 우리는 이 엔탈피 매개변수만으로는 힘 수단의 잠재력 차이를 단독으로 설명하기에 충분하지 않다는 사실을 인정합니다. 그러나 우리는 음전하 지질(DOPG)로 인해 CPP-지질 간의 상호 작용 에너지가 자유 에너지 차이를 비교하는 데 매우 중요한 요소라고 믿습니다. 전반적으로, 현재 연구는 세포막을 통한 펩타이드 전위 동안 외부 전기장이 어떻게 자유 에너지 비용을 낮추는지에 대한 나노 수준의 통찰력을 제공합니다. 우리는 이 연구가 생리학적 범위의 적용된 외부 잠재력이 어떻게 펩타이드 내재화를 돕는지에 대한 향후 연구에 대한 기본 아이디어를 제공할 것이라고 믿습니다.
우리는 여전히 많은 질문과 매개변수에 대해 답변하고 고려해야 한다는 점을 인정합니다. 예를 들어, 전하를 띤 측쇄를 고려하면 pH 효과는 어떻게 되는지, 적용된 전위를 높이거나 낮추면 PMF 값이 얼마나 변하는지, 현재 펩타이드의 임계 농도(4 또는 6)를 사용하면 어떤 일이 일어날지 등을 알 수 있습니다. 지질 이중층, 현재 시스템에 원통형 반응 좌표나 1차원 이상의 반응 좌표와 같은 다른 반응 좌표를 사용하면 어떤 영향이 발생합니까?
따라서 향후 프로젝트에는 다음 작업이 포함됩니다.
1) 다양한 외부 전위 값을 사용하여 현재 시뮬레이션 시스템에 미치는 영향을 비교합니다.
2) 펩타이드의 역치 농도를 이용하여 협력 효과를 연구합니다.
3) 원통형 RC와 같은 다양한 반응 좌표를 구현하여 자유 에너지 장벽에 미치는 영향을 연구합니다.I. Introduction ………………………………………………………………………………………………1
1.1 Research Aims ……………………………………………………………………………………2
II. Methodology ……………………………………………………………………………………………..3
2.1 Initial Peptides Topologies and Coordinates ……………………………………………………...3
2.2 Initial Lipid Bilayer Composition ………………………………………………………………...4
2.3 Merge Topology Preparation ……………………………………………………………………...5
III. Simulation Study Details ………………………………………………………………………………….7
3.1 Minimization ………………………………………………………………………………………8
3.2 Equilibration ……………………………………………………………………………………….8
3.3 Force Field …………………………………………………………………………………………9
3.4 External Electric Field …………………………………………………………………………….10
IV. Simulations Methods ……………………………………………………………………………………..11
4.1 Steered Molecular Dynamics (SMD) ……………………………………………………………..12
4.1.1 Constraint-steered molecular dynamics (SMD) ………………………………………….......12
4.1.2 Colvars-steered molecular dynamics (SMD) ………………………………………………....12
4.1.3 Parameters Used for Constraint SMD ………………………………………………………...13
4.1.4 Colvars Module Used for SMD …………………………………………………………........14
4.2 Umbrella Sampling Method (US) ……………………………………………………………........16
V. Results and Discussion ……………………………………………………………………………….........19
5.1 R4-R8 Constraint-SMD method for PMF calculation with & without Electric-field ……………..19
5.2 R4-R8 Colvars-SMD method for PMF calculation with & without Electric-field…………….…..23
5.3 R4-R8 Constraint-Colvars-SMD methods’ PMFs convergence check…………………………….26
5.4 R4-R8 Constraint-Colvars-SMD methods’ PMFs vs. Electrostatic Energy b/w CPP-Lipids……...29
VI. Conclusion and Future Direction…………………………………………………………………………..33
VII. References………………………………………………………………………………………………… 33MasterdCollectio
Ultrastrong and ductile steel welds achieved by fine interlocking microstructures with film-like retained austenite
Get PDFThe degradation of mechanical properties caused by grain coarsening or the formation of brittle phases during welding reduces the longevity of products. Here, we report advances in the weld quality of ultra-high strength steels by utilizing Nb and Cr instead of Ni. Sole addition of Cr, as an alternative to Ni, has limitations in developing fine weld microstructure, while it is revealed that the coupling effects of Nb and Cr additions make a finer interlocking weld microstructures with a higher fraction of retained austenite due to the decrease in austenite to acicular ferrite and bainite transformation temperature and carbon activity. As a result, an alloying design with Nb and Cr creates ultrastrong and ductile steel welds with enhanced tensile properties, impact toughness, and fatigue strength, at 45% lower material costs and lower environmental impact by removing Ni. © The Author(s) 2024. This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits use, sharing, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons licence, and indicate if changes were made. The images or other third party material in this article are included in the article’s Creative Commons licence, unless indicated otherwise in a credit line to the material. If material is not included in the article’s Creative Commons licence and your intended use is not permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to obtain permission directly from the copyright holder. To view a copy of this licence, visit http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.TRUEsciescopu
LIGHT IRRADIATION UNIT AND LIGHT IRRADIATION SYSTEM INCLUDING THE SAME
No full text일 실시예에 따른 광 조사 유닛은, 메인 회로; 상기 메인 회로 상에 장착되어 광을 조사하는 LED 모듈; 상기 LED 모듈의 단부에 교체 가능하게 장착되어 광 입자의 모양을 변형시키는 LED 어댑터; 및 상기 메인 회로 상에서 상기 메인 회로의 중심 또는 상기 복수 개의 LED 소자의 중앙에 배치되어 피부의 상태 또는 조사된 광의 패턴을 측정하는 카메라 모듈;을 포함할 수 있다
BIOLOGICAL-SIGNAL MEASURING APPARATUS EQUIPPED WITH TRAP UNIT FOR MEASURING BIOLOGICAL SIGNAL OF MICRO-VERTEBRATE AND METHOD FOR MEASURING BIOLOGICAL SIGNAL OF MICRO-VERTEBRATE BY USING BIOLOGICAL-SIGNAL MEASURING APPARATUS
No full text가역적 리튬 저장을 위한 3차원 탄소 구조체 연구
No full textCarbon host;Lithium metal storage;Metal-organic framework;Heterogeneity;Electrophoretic depositionThe present work involves the design and development of 3D porous carbon framework anodes for long- cycling, high-energy-density Li metal batteries, based on the understandings of competing kinetics of Li plating–stripping in a porous electrode.
In chapter III, the role of Li-substrate (current collector) interactions in enhancing the utilization of pores in carbon framework was investigated. Using model architectures comprising MOF-derived carbons and Cu substrates with a galvanically displaced Ag layer, the effect of substrate modification on Li storage behavior was examined. The experimental findings and simulation results demonstrate that preferential reaction of Li on a lithiophilic Ag layer on the substrate guides Li plating from the bottom of the framework structure, filling the pores while suppressing top plating. However, when the thick carbon framework is applied, Li preferentially deposited on the top surface of a framework electrode with the Ag-coated substrate, suggesting that competing kinetics of charge-transfer and ionic transport critically affects Li storage behavior of 3D framework electrodes.
Chapter IV is concerned with the design, synthesis, and Li storage mechanism of MOF-based porous carbon frameworks with strong Li–host interactions. To enhance the lithiophilicity of the carbon host, a galvanic displacement reaction between Zn and lithiophilic Ag is employed. By controlling concentration of a reactant solution for galvanic displacement reaction, two different carbon frameworks with (i) atomically dispersed Ag nanoclusters and (ii) surface-anchored Ag nanoparticles were synthesized. Microstructural observations, electrochemical tests, and computational studies revealed that the spatial distribution and morphology of introduced Ag critically affected the Li storage behavior and cycling performance of carbon hosts. The atomically dispersed Ag promotes nucleation and outward growth from the internal pores, enabling reversible Li plating–stripping. In contrast, preferential Li plating on surface-anchored Ag nanoparticles resulted in agglomeration and fragmentation of Ag particles, causing the loss of active Li and functionality of Ag.
Chapter V deals with the realization of a heterogeneous host architecture based on the design principles and host materials proposed in chapter III and IV, respectively. We first conducted 3D electrochemical simulations to confirm that bottom-up Li storage can be achieved by introducing the heterogeneity of interfacial activity and interparticle porosity to 3D framework. For the fabrication of heterogeneous host architecture with combined activity–porosity heterogeneity, two-step electrophoretic deposition with Ag-incorporated and Ag- free carbon hosts was employed. From microstructural observation upon Li plating and galvanostatic cycling test, we found that the host architecture with the controlled heterogeneity effectively guided Li growth from the bottom of the thick 3D structure, exhibiting improved cycling performance.|최근 전기자동차 및 휴대용 전자기기가 널리 보급되고 관련된 시장이 성장함에 따라 고에너지밀도 이차전지에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 흑연 음극을 사용하는 기존 리튬 이온 전지는 높은 에너지밀도와 안정성을 가져 1990 년대의 상용화 이후 현재에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되어 왔으나, 거듭된 기술 발전의 결과 흑연 기반 리튬 이온 전지의 에너지밀도는 이론적 한계치에 근접하게 되었다. 이에, 보다 높은 에너지밀도를 갖는 이차전지의 개발을 위해 흑연을 대체할 수 있는 새로운 음극 물질 개발의 필요성이 대두되었다. 리튬 금속 음극은 대체 음극 소재들 중 가장 낮은 산화/환원 전위(표준 수소전극 대비 −3.04 V)를 가지고, 가벼운 비중(0.534 g cm−3)으로 인해 높은 비용량(3,860 mAh g−1)을 구현할 수 있어 연구자들로부터 많은 관심을 받아왔다. 하지만, 충방전 시 발생하는 부피 변화 및 수지상 리튬 성장으로 인한 낮은 수명 및 안전성 문제로 인해 현재까지도 리튬 금속 음극의 상용화는 어려운 실정이다. 이를 해결하기 위한 방법 중 하나로 최근 3 차원 구조체 전극 기술이 제안되었고, 현재까지 많은 연구가 진행되었다. 3 차원 구조체 전극은 표면 보호층, 전해질 조성 제어 기술과는 다르게 전착된 리튬을 구조체 내부 기공에 수용해 리튬 전착 시 발생하는 부피 팽창을 효과적으로 억제할 수 있으며, 동시에 리튬 전착 반응 시 넓은 활성 면적을 제공해 유효 전류 밀도를 낮추고 수지상 리튬의 성장을 방지할 수 있다. 하지만 최근 연구에서 높은 활성을 갖는 소재로 구조체 전극을 제작하는 경우, 복잡한 3 차원 기공 구조로 인한 리튬 이온 이동 저항이 구조체 하부에서의 리튬 전착을 방해하고, 상부에서의 우선적 리튬 전착을 야기할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 전극 상부에서의 우선적 전착은 구조체 상부의 기공을 막으면서 내부 기공으로의 리튬 이동을 저해하고, 수지상 리튬 형성의 원인이 되는 등 3 차원 구조체 전극의 성능 열화를 야기하는 주요한 원인으로 지목되고 있다. 전극 상부에서의 우선적 리튬 전착을 억제하고, 안정적인 리튬 저장을 구현하기 위해서는 3 차원 구조 내에서의 리튬 전착 반응 메커니즘에 대한 이해가 선행되어야 하며, 이에 기반한 리튬 저장 거동 제어 기술의 개발이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 3 차원 구조 내에서의 리튬 금속 저장 거동을 이론적, 실험적으로 관찰하고, 이를 바탕으로 효과적인 리튬 저장 거동 제어를 위한 소재 및 전극 설계안을 제시한 후, 이를 실제로 구현하였다.
제 III 장에서는 집전체 활성의 제어를 통해 전극 하부에서의 반응 활성 제어가 리튬 친화적인 탄소 구조체를 활용한 3 차원 구조체 전극 내에서의 리튬 저장 거동에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 모델 구조체로는 금속-유기 골격체의 고온 탄화 공정을 통해 제작한 탄소 구조체가 활용되었고, 집전체 활성 제어를 위해 갈바닉 치환 공정으로 Cu 집전체의 표면에 Ag 층을 도입하였다. 실험적/이론적 분석 결과에 따르면, 리튬 친화성이 보다 높은 소재가 적용된
집전체가 도입된 경우 리튬 전착 시 핵생성 과전압이 감소하고, 전극 하부에서의 리튬 전착이 관찰되었으며 해당 전극을 적용한 셀의 수명특성이 개선되었다. 하지만, 탄소 구조체 층의 두께가 증가하면 이와 같은 효과가 발현되지 않는 것으로 나타났으며, 일반적인 Cu 집전체를 활용한 경우와 유사하게 전극 상부에서의 우선적 리튬 전착이 발생할 수 있는 것으로 확인되었다. 이는 구조체 전극에서의 리튬 저장 거동이 단순히 특정 위치에서의 리튬 전착 반응에 대한 활성뿐 아니라 리튬 이온 이동에 의한 저항에도 크게 영향받을 수 있음을 의미한다. 따라서, 보다 높은 면적당 용량을 갖는 두꺼운 구조체 전극에서의 리튬 저장 거동 제어를 위해서는 계면 활성/리튬 이온 이동 두 가지 측면에서의 동시적 접근이 필요하며, 이를 위해 구조체 소재의 활성 또는 구조체 내로의 리튬 이온 이동 특성을 제어할 필요가 있음을 확인하였다.
제 IV 장에서는 리튬 친화성을 보다 향상시킨 탄소 구조체의 합성 및 리튬 저장 메커니즘에 관한 연구를 수행하였다. 탄소 구조체는 제 III 장과 마찬가지로 금속-유기 골격체의 탄화로 합성하였으며, 리튬 친화성 향상을 위해서는 탄소 구조체 내의 Zn 을 Ag 로 치환하는 갈바닉 치환 공정을 수행하였다. 갈바닉 치환 공정 중 반응 용액 내의 Ag 이온 농도를 제어함으로써, 합성된 탄소 구조체 내 Ag 입자의 분포 및 형상이 다음과 같이 달라지는 것을 확인하였다: 낮은 농도에서는 Ag 가 탄소 구조체 내에서 원자 수준의 나노클러스터를 형성하였으며, 높은 농도에서는 탄소 구조체의 외부 표면에 도포된 Ag 나노입자가 관찰되었다. 이어진 전기화학 평가 및 리튬 전착에 따른 미세구조 분석 결과를 바탕으로 Ag 도입에 따른 리튬 저장 거동 변화를 조사하였다. 원자 수준의 Ag 나노클러스터가 포함된 탄소 구조체에서는 리튬이 구조체의 내부 기공으로부터 성장하며, 이 경우 리튬 저장의 가역성이 크게 향상되는
것으로 확인되었다. 이와는 대조적으로, 표면에 부착된 Ag 나노입자의 경우 Ag 에서의 우선적 리튬 전착 반응으로 인해 입자가 쉽게 응집되어 파괴되는 것으로 관찰되었으며, 이로 인해 활성 리튬 및 Ag 의 손실이 발생함을 확인하였다.
제 V 장에서는 제 III 장에서 검증한 불균일 계면 활성 구조체의 개념을 확장하여 보다 높은 용량을 구현할 수 있는 불균일 계면 활성-이온 이동 구조체 전극에 관한 연구를 수행하였다. 먼저 3 차원 전기화학 모델링을 수행하여 불균일 계면 활성-이온 이동 구조체 전극이 리튬 저장 거동 제어에 효과가 있음을 확인하였다. 이후 이와 같은 구조의 전극을 구현하기 위해, 제 IV 장에서 개발한 고활성 탄소 구조체 및 전기영동증착법에 기반한 전극 제작 공정을 활용하여 하부에는 고밀도의 고활성 탄소 구조체가, 상부에는 저밀도의 저활성 탄소 구조체가 배치된 이층구조의 전극을 제작하였다. 리튬 전착 후 미세구조 분석을 수행한 결과, 제안된 불균일 계면 활성-이온 이동 구조체 전극이 전극 상부에서의 리튬 이온 이동을 촉진하고 하부에서의 우선적 리튬 전착 반응을 유도하여 3 차원 구조 내에 리튬을 효과적으로 저장할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 이와 같은 전극 설계를 적용함으로써 리튬 저장의 가역성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.I. Introduction 1
II. Literature Survey 3
2.1 Introduction 3
2.2 Critical Issues of Li Metal Anodes 3
2.3 Material-level Strategies for Carbon-Based 3D Framework Electrodes 5
2.4 Spatial Confinement of Li Deposits in Porous Carbon Framework 8
2.5 Summary 11
III. Bottom-up Growth of Li Metal in Porous Carbon Electrode Promoted by Strong Li–Substrate Interaction 12
3.1 Research Background 12
3.2 Methods 12
3.3 Results and Discussion 15
3.4 Summary 26
IV. Confined Li Storage Enabled by Strong Li–Host Interaction in Ag-Incorporated Carbon Hosts 27
4.1 Research Background 27
4.2 Methods 27
4.3 Results and Discussion 31
4.4 Summary 45
V. Kinetics-Controlled Metallic Li Confinement by the Heterogeneity of Interfacial Activity and Porosity 46
3.1 Research Background 46
3.2 Methods 47
3.3 Results and Discussion 49
3.4 Summary 66
VI. Concluding Remark 67
VII. References 69DoctordCollectio
Development of 3D compound structures and highly wettable carbonate hydroxide electrodes for high-performance supercapacitors
No full textA facile hydrothermal method was employed to fabricate tailored NiCo(CO3)(OH)2 electrodes for high-performance supercapacitors. Ni and Co ions, transition metals with versatile oxidation states, were used, promoting redox reactions. Additionally, a comparative analysis of the characteristics and electrochemical properties between electrodes fabricated with 3D Ni foam substrates and those without substrates was conducted. This comparison emphasizes the critical role of 3D substrate selection in enhancing electrochemical performance during electrode fabrication. Furthermore, carbonate/hydroxide-based transition metal electrodes have been fabricated. Carbonate-based transition metals can substantially increase the wettability of the electrode surface due to their hydrophilicity, which has proven beneficial in aqueous electrolytes. The NiCo(CO3)(OH)2 electrodes with Ni foam substrates and without Ni foam substrates exhibit impressive specific capacitances of 2576.4 and 1460.2 F g−1, respectively, at 3 A g−1. Furthermore, an asymmetric supercapacitor configuration is introduced, utilizing the NiCo(CO3)(OH)2 electrode with a Ni foam substrate and graphene as positive and negative electrodes, respectively. A remarkable energy density of 35.5 W h kg−1 and a power density of 2555.6 W kg−1 at a current density of 2 A g−1 are exhibited by this configuration. Notably, excellent cycling stability is displayed by the asymmetric supercapacitor, with approximately ∼71.3% of its capacity retained after 10 000 cycles. These results highlight the promising potential of the fabricated electrodes and asymmetric supercapacitor configuration for practical energy storage applications. © 2024 The Royal Society of Chemistry.FALSEsciescopu
Advances in Heterostructures for Optoelectronic Devices: Materials, Properties, Conduction Mechanisms, Device Applications
No full textAtomically thin 2D transition metal dichalcogenides (TMDs) have recently been spotlighted for next-generation electronic and photoelectric device applications. TMD materials with high carrier mobility have superior electronic properties different from bulk semiconductor materials. 0D quantum dots (QDs) possess the ability to tune their bandgap by composition, diameter, and morphology, which allows for a control of their light absorbance and emission wavelength. However, QDs exhibit a low charge carrier mobility and the presence of surface trap states, making it difficult to apply them to electronic and optoelectronic devices. Accordingly, 0D/2D hybrid structures are considered as functional materials with complementary advantages that may not be realized with a single component. Such advantages allow them to be used as both transport and active layers in next-generation optoelectronic applications such as photodetectors, image sensors, solar cells, and light-emitting diodes. Here, recent discoveries related to multicomponent hybrid materials are highlighted. Research trends in electronic and optoelectronic devices based on hybrid heterogeneous materials are also introduced and the issues to be solved from the perspective of the materials and devices are discussed. © 2023 Wiley-VCH GmbH.FALS
Comprehensive Qualitative and Quantitative Colorimetric Sensing of Volatile Organic Compounds Using Monolayered Metal–Organic Framework Films
No full textCross-responsive chemical sensors are in high demand owing to their ability to distinguish a broad range of analytes. In this study, a vapochromic sensor array based on metal–organic frameworks (MOFs), which exhibits distinct patterns when exposed to volatile organic compounds (VOCs) and humidity, is developed. Conventional sensor arrays consist of various receptors that produce different responses. The vapochromic MOF-based sensor comprises dicopper paddlewheel clusters and dimethylamine azobenzene as binary colorimetric sensing moieties. Upon exposure to VOCs, the constructed sensor encompasses a broad spectrum of colors, ranging from green to red. Furthermore, the color of the MOF is influenced by the solvent used during the pretreatment. Consequently, monolayered MOF thin films can be adapted to multicomponent array systems by immersing the MOF in different solvents. This system provides both qualitative and quantitative sensing, generating unique color patterns corresponding to specific VOC types. Notably, the sensor successfully discriminates each of 14 common VOCs and water and accurately categorizes unknown samples. Moreover, the system undergoes reversible color changes in response to humidity, obviating the need for high-temperature regeneration steps. This novel approach offers insights into the versatile applications of MOFs by creating a colorimetric sensor array capable of detecting various analytes. © 2023 Wiley-VCH GmbH.FALS
Asymmetric Rolling Contact Joint for Enhanced Payload Capabilities
Get PDFIt is challenging for a surgical joint to tolerate a sufficient payload when downsizing its diameter. The tradeoff between payload and diameter is even more evident when designing robots with strict size constraints, such as in flexible endoscopic surgery applications. To address this issue, we propose a novel asymmetric rolling contact (ARC) joint that has two different rolling radii with a wire hole slit that is actuated by a tendon-driven mechanism. The ARC joint is designed to tolerate a high payload in the dominant direction, such as when lifting tissue or pulling a suture thread. We analyzed the effects of various design variables on the payload capability of the ARC joint. The results of the payload experiment suggest that the designed ARC joint has a maximum payload of 2.6 N with a 3.4 mm diameter, which enhances the payload by 71.9% compared to the conventional symmetric rolling joint. We confirmed that the endoscopic surgical task may be feasibly conducted using the proposed joint for two major tasks: endoscopic submucosal dissection and surgical suturing. © 2024 IEEETRUEsciescopu