среда, 11 апреля 2012 г.

Самоорганизующиеся магнитные коллоидные частицы как основа будущих функциональных материалов

Самоорганизующиеся магнитные коллоидные частицы как основа будущих функциональных материаловЕсть такая детская игра — «Геомаг», набор маленьких магнитных шариков, соединяя которые можно строить башни, мосты и пр. В недавнем исследовании учёные из Нью-Йоркского университета (США) и Университета Утрехта (Нидерланды) создали нечто подобное, но только на микронном уровне: им удалось получить новый класс сферических коллоидов, заключающих в себе микроскопические магниты. Без магнитного поля коллоидные частицы спонтанно образовывают кластеры, размеры и форма которых являются результатом суперпозиции магнитных, стерических и электростатических взаимодействий. При приложении внешнего магнитного поля кластеры могут меняться, принимая желаемую геометрию вне зависимости от химического состава среды.

Результаты работы представлены в статье, опубликованной в Journal of the American Chemical Society.

Сферические коллоиды начинают своё существование кубиками, представляющими собой магнитный оксид железа, инкапсулированными в капельки силиконового масла, таким образом, что кубик оказывается в ловушке, созданной поверхностным натяжением масляных капель. При этом одна из граней выходит за пределы границы раздела фаз между маслом и окружающей водой, формируя негомогенную поверхность. На последней стадии капельки масла фиксируются внутри твёрдой оболочки, полученной в ходе полимеризации органического мономера, которая также происходит на границе раздела фаз, строго вокруг масленых пятен (поскольку органический мономер растворим только в масле, а не в воде).

Экспериментируя с полученными таким образом магнитными коллоидными частицами, исследователи показали, что они могут взаимодействовать друг с другом самыми различными способами. В общем случае магнитное притяжение, действующее между частицами, является силой ближнего порядка, которая компенсируется дальнодействующей силой электростатического отталкивания частиц. В итоге частички слипаются только в том случае, если волею броуновского движения (в отсутствие внешнего магнитного поля) оказываются достаточно близко друг к другу (то есть броуновское движение должно поработать против электростатических сил). А вот добавление к воде соли позволяло существенно снижать электростатическое отталкивание, действующее между частицами, что эффективно увеличивало энергию магнитного взаимодействия.

Так было продемонстрировано, что без внешнего магнитного поля две или три частицы, находящиеся достаточно близко друг к другу, спонтанно собираются в димеры и тримеры (в зависимости от размера самих частиц). Интересно, конечно, но ограничено — всего два варианта. Чтобы получить настоящее разнообразие форм и размеров, учёным пришлось вернуться в химическую лабораторию и заняться синтезом, дабы создать частицы с более чем одним магнитным кубиком внутри (кубики отталкиваются друг от друга за счёт тех же электростатических сил и надёжно фиксируются поверхностным натяжением масляных пятен).

При приложении внешнего магнитного поля, перпендикулярного к поверхности содержащей частицы воды, наблюдалось изменение ориентаций магнитных диполей, что заставляло частицы вращаться, отталкивая друг друга и дестабилизируя кластеры. Таким образом, приложение гомогенного магнитного поля принуждало кластеры частиц с несколькими магнитными кубиками пересобираться в линейные цепи.

Если всё это кажется вам забавой, давайте рассмотрим хотя бы одну из многих потенциальных областей применения таких самоорганизующихся в магнитном поле коллоидных частиц. Это доставка лекарственных средств точно по назначению. Очевидным преимуществом магнитного метода по сравнению с невероятно трудоёмким и часто совершенно неселективным химическим является то, что магнитные частицы не зависят от любых изменений окружающей среды, таких как температура и pH (именно повышенная кислотность внутри везикул часто мешает довести до логического конца начавшийся за здравие транспорт лекарственного препарата).

В дальнейшем учёные намерены улучшить контролируемость частиц и их «интеллект» путём добавления к их покрытию различных химических и биохимических модификаторов, таких как, например, белки или ДНК. А отсюда, хотелось бы верить, не очень далеко и до применения подобных частиц для сборки и разборки (по желанию и необходимости) объёмных функциональных материалов.

Подготовлено по материалам Phys.Org.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Другие новости науки и техники":

Пересмотрен период полураспада самария-146
Международная исследовательская группа пересмотрела период полураспада самария-146, сведя его к 68 млн лет вместо 103 млн. То, что новое значение на 34% меньше предыдущего, не может не повлиять на понимание процессов, приведших к образованию Солнечной системы, а также проходивших в мантии Земли и других твёрдых тел на заре их существования. Самарий-146 — один из основных инструментов моделиров...
  (читать дальше)

Предложена реконструкция динозавра Unenlagia
Палеонтолог и иллюстратор Скотт Хартман из Вайомингского университета (США) предложил реконструкцию плотоядного динозавра под названием Unenlagia (в переводе с арауканского — «полуптица»). Животное бродило по нашей грешной примерно 85 млн лет назад, в конце мелового периода. Специалист изобразил его за ловлей рыбы на заре жаркого дня. Этот вид, скорее всего, был покрыт перьями. Вероятно, он св...
  (читать дальше)

Возможно, обнаружена подпись Шекспира
Грегори Хэйуорт из Университета Миссисипи (США) и его коллеги реконструировали подпись Уильяма Шекспира... ...А может, и весьма талантливого фальсификатора. Пока неясно, кто нацарапал «Wm Shakespeare» на титульной странице книги «Archaionomia» — свода саксонских законов, опубликованного в Англии во время правления Елизаветы I. Возможно, это так и останется тайной. Работа является частью прое...
  (читать дальше)

Углеродные нанотрубки более чем вдвое ускоряют скорость роста клеточных культур
Порция углеродных нанотрубок по меньшей мере удваивает интенсивность роста клеточных культур — рабочих лошадок в производстве практически всего, от спасающих жизнь медикаментов до подсластителей, красителей и парфюмерии. Подробности исследования и полученные результаты представлены в статье, вышедшей в журнале ACS Nano. Предварительная работа, осуществлённая Марией В. Ходаковской и её коллегами ...
  (читать дальше)

Дислексия начинается до обучения чтению и письму
Трудности в овладении навыками чтения и письма, характеризующие дислексию, происходят скорее не из-за неполадок речевых центрах, а из-за неспособности управлять зрительным вниманием. Психологи из Университета Падуи (Италия) в течение трёх лет наблюдали за детьми, которые учились читать. Период наблюдения охватывал время с конца детского сада и до второго класса школы. До того как дети начинали у...
  (читать дальше)

Как яйцеклетка защищается от лишних сперматозоидов
Найден фермент, который мешает лишним сперматозоидам проникнуть в яйцеклетку. Все знают, что яйцеклетка оплодотворяется только одним сперматозоидом из миллионов, содержащихся в порции семени. Но после этого перед яйцеклеткой стоит непростая задача: нужно отогнать всех остальных претендентов. Полиспермия, то есть проникновение в яйцо более двух мужских половых клеток, нарушает процессы эмбриональ...
  (читать дальше)

К великому климатическому переселению народов надо подготовиться
Представьте себе: толпы беженцев, спасаясь от экологического апокалипсиса, пересекают границу... Ну и что, ничего страшного, полагает географ Дэвид Томас из Оксфордского университета (Великобритания). На лондонской конференции Planet Under Pressure он заявил, что «экологическая миграция» — это часть решения проблем, которые возникнут в результате климатических изменений. С «климатическими беже...
  (читать дальше)

Стеклянная губка как архив климатической истории
Климатологи обнаружили новый «архив» морской температуры. Есть такой замечательный вид губок — Monorhaphis chuni, на протяжении своей долгой жизни растящих огромную спикулу (скелетную иглу). Международная группа учёных проанализировала одну из них, показав, что температура океана несколько раз менялась в течение последних тысячелетий. Животное, принадлежащее классу шестилучевых (стеклянных) гу...
  (читать дальше)

Почки как вторичный половой признак
Зоологи ломают голову над загадкой некоторых видов саламандр: у их самцов почки во время сезона размножения функционируют как вторичный половой признак, выделяя загадочный секрет с неясным предназначением. У животных можно найти великое множество вторичных половых признаков, используемых для привлечения брачного партнёра. Обычно это что-то бросающееся в глаза, что может быть легко оценено по дос...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)