Введение

Бесконечно связанная тройная периодическая минимальная поверхность, полиэдр, персонаж видеоигры.

Гироид — это бесконечно связанная тройная периодическая минимальная поверхность, открытая Аланом Шоэном в 1970 году. Она естественным образом возникает в полимерной науке и биологии как интерфейс с высокой площадью поверхности.

Приложения

В природе самосборные гироидные структуры встречаются в определенных мезофазах поверхностно-активных веществ или липидов, а также в блочных сополимерах. В типичной фазовой диаграмме A-B диблочного сополимера гироидная фаза может формироваться при промежуточных объемных долях между ламеллярной и цилиндрической фазами. В A-B-C блочных сополимерах могут образовываться двойные и чередующиеся гироидные фазы. Такие самособирающиеся полимерные структуры нашли применение в экспериментальных суперконденсаторах, фотокатализаторах солнечных элементов и нанопористых мембранах. Гироидные мембранные структуры иногда обнаруживаются внутри клеток. Гироидные структуры обладают фотонными запрещенными зонами, что делает их перспективными фотонными кристаллами. Одиночные гироидные фотонные кристаллы наблюдались в биологической структурной окраске, например, в чешуйках крыльев бабочек и перьях птиц, что вдохновило работы по биомиметическим материалам. Гироидные митохондриальные мембраны, обнаруженные в конусовидных клетках сетчатки определенных видов древесных землероек, представляют собой уникальную структуру, которая может выполнять оптическую функцию. В 2017 году исследователи из MIT изучили возможность использования гироидной формы для преобразования двумерных материалов, таких как графен, в трехмерный структурный материал с низкой плотностью, но высокой прочностью на растяжение. Исследователи из Кембриджского университета продемонстрировали контролируемое химическое осаждение из паровой фазы графеновых гироидов размером менее 60 нм. Эти переплетенные структуры являются одними из самых маленьких свободно стоящих трехмерных графеновых структур. Они обладают электропроводностью, механической стабильностью и легко переносятся, что делает их интересными для широкого спектра применений. Гироидный узор также нашел применение в 3D-печати для создания легких внутренних структур благодаря своей высокой прочности в сочетании с быстротой и простотой печати на FDM 3D-принтере. В компьютерном моделировании исследователи из университетской клиники Charité в Берлине исследовали потенциал гироидной архитектуры при использовании в качестве каркаса для крупного костного дефекта в бедренной кости крысы. Сравнивая регенерированную кость в гироидном каркасе с традиционным стержневым каркасом, они обнаружили, что гироидные каркасы приводят к меньшему образованию кости, и связали это снижение с тем, что гироидная архитектура препятствует проникновению клеток.