![]()
Sender
V.I.P. |
Зарегистрирован: 19.05.2006
Сообщений: 3806
|
Обратиться по нику
|
| Sender |
Ответить с цитатой | | |
|
Самоорганизующиеся магнитные коллоидные частицы как основа будущих функциональных материалов
Есть 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, только на микронном уровне: им удалось получить новый класс сферических коллоидов, заключающих в себе микроскопические магниты. Без магнитного поля коллоидные частицы спонтанно образуют 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.
(A) Большие частицы образуют димер. (B) Частицы поменьше образуют тример. (C) Две одномагнитные частицы прилепляются к двумагнитной. (D) Самоорганизация во внешнем магнитном поле.
Сферические коллоиды начинают своё существование кубиками, представляющими собой магнитный оксид железа и 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 масляных 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 волей броуновского движения (при отсутствии 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 ограниченно — 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.
http://science.compulenta.ru/672452/ |
|
|
|
|
