|
|
Частинки Януса злипнулися полюсами
20.01.11
 Матеріалознавці навчили сфери Януса – нанорозмірні об'єкти з комбінованими властивостями – самостійно збиратися в кристалічну решітку. Такі структури можуть стати фільтрами нового покоління, корисні в медицині і інженерії функціональних матеріалів.
Матеріалознавство у сфері створення функціональних матеріалів і наноматеріалів розвивається останніми роками динамічно завдяки удосконаленню методів дослідження таких об'єктів. У 2009 році учені рапортували про створення нового типу колоїдних частинок, на різних сторонах яких знаходяться молекули з різним хімічним складом. Вони одержали назву сфер Януса – на ім'я давньоримського бога, що володів двома особами.
Передбачувані застосування таких частинок знаходяться у стадії розробки, наприклад, в медицині вони дозволять маркірувати різні частини кліток за допомогою різних частин поверхні. Тепер ученим вдалося створити крупніші тривимірні структури з частинок Януса. Матеріалознавці з університету Ілінойса розробили простий відтворний спосіб створення складних структур, що самоорганізовуються.
Їх роботам присвячені дві статті – в Nature і в Science минулого тижня. Матеріалознавці змогли одержати філігранні кристалічні решітки з нанорозмірних об'єктів – колоїдних частинок, сфер Януса.
«Це великий крок у напрямі створення нетривіальних структур з дуже простих частинок. У макросвіті ми добре оперуємо такими діями – будуємо удома з цегли, наприклад, проте учені і інженери дотепер мало що уміють будувати з невеликих частинок. Разом з тим, колоїдні частинки сильно відрізняються від молекул. Вони більше, вони жорсткіші і вони вже володіють рядом властивостей макрооб'єктів, кооперативних властивостей матеріалу», – відзначив Стів Греник, професор Університету Ілінойса, який керував дослідженнями.
«Будівництво» з колоїдних частинок найчастіше обмежувалося комп'ютерними розрахунками, які моделювали дизайн складних структур з складних частинок. Експериментальні роботи з такими об'єктами звичайно зустрічали на своєму шляху великі труднощі.
У протилежність цьому, роботу з трьохблоковими (тобто що складаються з трьох різних, хімічно різних, фрагментів) сферами Януса відрізняє витончена простота. Вона ж і наближає їх до практичного використання.
Група Греника давно займається частинками Януса. Спочатку вони створювали «класичні» частинки «з двома обличчями», проте потім прийшла ідея створити вже три смуги поверхонь з різними властивостями.
Центральна смуга (що проходить через «екватор» частинки) іонізована, тобто містить заряджені частинки, а шапки, полюси частинки гідрофобні, тобто відштовхують воду і мають більшу спорідненість з органічними гідрофобними розчинниками.
Таким чином, у водно-сольовому розчині гідрофобні сегменти «злипаються», щоб забезпечити мінімальну площу зіткнення з середовищем. В результаті сфери самостійно формують складні грати, подібні кристалу, в якій полюси частинок пов'язані один з іншим, а розмір їх достатньо великий, щоб формувати оточення з трьох інших.
Таким образом, сфери Януса розташовуються у вигляді високосиметричної шестикінечної зірки, кожна з яких упроваджена в загальний «паркетний» шар.
Ці пористі листи, що є одночасно і гідрофобними, і гідрофільними, можуть бути корисні як спеціалізовані фільтри.
«Ми одержали деяке вдосконалене мило. Мило добре розчиняє і (гідрофобні) жири, і водорозчинні речовини. Наша «мереживна» поверхня теж може фільтрувати як водорозчинні, так і жиророзчинні речовини», – відзначив Греник.
Тепер матеріалознавці створюють з цих «елементарних шарів» складніші плоскі структури. Міняючи розмір сфери або пропорції смуг на них, можна варіювати симетрію одержуваних структур і розмір порів. Крім того, розроблена технологія самоорганізації частинок може послужити, наприклад, створенню мікрочіпів.
|
