Новые наночастицы автоматически собираются и расходятся под действием температуры
Ученые из Университета Токио создали 2 типа наномерных структурных элементов, способных самостоятельно соединяться в кубы и распадаться на отдельные компоненты, в зависимости от температуры окружающей среды.
Это достижение – очередной шаг к химическим системам, более реалистично имитирующим жизнь, сообщает sciencedaily.com. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
«Представьте, как смешиваются 2 жидкости, вроде воды и чернил. Они автоматически запускают простой химический процесс дисперсии, — сказал профессор Шуичи Хираока. – Но не существует такой же реакции для автоматического разделения веществ. Воду нужно испарить кипячением, чтобы она ушла из чернил».
Новые структурные элементы решают эту проблему за счет разной температурной стабильности формируемых ими кубов. Частицы выполнены в виде снежинок почти одинаковой формы. Ученые окрасили их красным и синим на схематических диаграммах. Кубы из первых элементов стабильны при температуре до 130°С, вторых – до 65°С.
Находясь по отдельности, частицы формируют полностью красные или синие однородные кластеры. Н при смешивании кубов при комнатной температуре (25°С), элементы автоматически собираются в наиболее стабильные структуры. Они состоят из 3 красных и 3 синих частиц, соединенных в разных вариациях. Эта структура соответствует хорошо перемешанному раствору воды и чернил.
Желая разделить двухцветные конструкции, ученые прибегают к двухэтапной процедуре изменения температуры. Сначала они нагревают смесь до 100°С. Синие кубы становятся нестабильными и уходят в виде отдельных молекул, тогда как красные собираются в кластеры. Затем смесь быстро охлаждают до 0°С. Красные частицы остаются вместе, а синие также формируют одноцветные кубы.
Ученые также могут предотвратить формирование наиболее стабильных структур, заполнив существующие образования другими молекулами, вроде углеводородов. Содержимое будет удерживать компоненты от перегруппировки в двухцветные кластеры.
«В будущем мы хотим создать более сложную химическую систему на основе молекулярных кубов, используя уникальную способность к самосборке и различные источники энергии, помимо тепла», — сказал Хираока.
