Нанотехнология представляет собой междисциплинарную область прикладной и фундаментальной науки и техники, которая имеет дело с совокупностью теоретическог... читать далее »
Новости Нанотехнологий
23.11.2012 12:10
Создана искусственная динамическая самоорганизующаяся система на основе двуликих частиц. Нанотехнологии.
Хотя коллоиды уже использовались при самосборке таких структур, как трубки, никогда ещё подобные процессы не шли в динамических (неравновесных) системах.
До последнего времени термин «синхронизация» так и оставался чисто математической абстракцией, и никто не пробовал применить эту концепцию к самоорганизующимся материалам для создания динамических пространственных структур.
Теперь же учёные из и университетов (оба — США) создали структуры, напоминающие в живых клетках, с помощью синхронизации осцилляций суспендированных в жидкости силикагелевых частиц, покрытых никелем (с одного бока).
Двуликие наночастицы способны собираться в устойчивые микротрубчатые структуры при включённом магнитном поле. (Иллюстрация Nature.)
Ещё раз отметим для ясности принципиальное отличие этого вида самосборки от привычных нам термодинамических процессов. Здесь система не сможет самоорганизовываться, находясь в покое (для этого нет никаких движущих сил), и микротрубчатые структуры будут нестабильны. Зато при включении скручивающего магнитного поля сферические частицы начинают прецессировать. Таким образом, сборки микротрубочек действительно являются «динамическими» и требуют внешнего источника энергии, а также постоянного движения частиц.
Но прежде чем дойти до стадии динамической самосборки, были разработаны специальные магнитные янусоподобные частицы, названные в честь древнего бога с двумя лицами — по одному с каждой стороны головы. Для этого на одну из сторон сферических силикагелевых частиц наносилась тонкая плёнка чувствительного к магнитному полю никеля. Так были получены «двуликие» частицы, одна сторона которых была магнитной, а другая — нет. Затем частицы суспендировали в деионизированной воде и внесли в прецессирующее магнитное поле, которое заставило их вращаться вокруг своей оси подобно гироскопам. При сближении частиц друг с другом их магнитные поля начинают взаимодействовать, заставляя синхронизировать фазу и частоту осцилляций, что в конечном итоге приводит к самоорганизации в стабильные микротрубчатые структуры.
Немного варьируя параметры системы, учёные получали возможность формировать трубчатые структуры на свой выбор. Легко догадаться, что выключение магнитного поля приводит к немедленной потере синхронизации и распаду сборок.
Интересно, что те самые легендарные микротрубочки в живых клетках, получить которые синтетически очень и очень тяжело (если вообще возможно), также являются примером динамической самоорганизующейся системы.