Шотландцы вырастили cеть из неорганических микротрубок
Впервые в мире учёным из университета Глазго (University of Glasgow) удалось создать микротрубки, почти самостоятельно разрастающиеся из неорганических кристаллов. Приборы на их основе могли бы найти массу важных применений.
Чтобы создать микроскопические каналы из миниатюрных трубочек, разглядеть которые можно только под микроскопом (ещё бы, ведь они в пять раз тоньше волоса), химики использовали кристаллы, содержащие вольфрам.
К кристаллам, состоящим из отрицательно заряжённых оксидов металлов, добавили положительно заряженные флуоресцентные молекулы (всё это находилось в воде). Через несколько секунд из кристалла во все стороны начали расти микротрубки.
Ведущий исследователь профессор Ли Кронин (Lee Cronin) поясняет, почему начинают разрастаться трубочки. Молекулы с разным зарядом образуют на поверхности кристалла мембрану, постепенно осмотическое давление растёт и наконец пересекает некоторое критическое значение.
Находящаяся внутри мембраны смесь «выстреливает» наружу потоком, по мере выхода она образовывает полую трубку, через которую к растущему концу трубки поступают всё новые и новые порции вещества. Трубочки растут до тех пор, пока весь начальный кристалл не превратится в одну оболочку.
Полиоксометалат (polyoxometalate) состоит из бесконечной сети таких вот кластеров (иллюстрация Nature Chemistry).
Кронин и его коллеги научились контролировать процесс, в частности, они могут варьировать диаметр трубочек (от 1 до 120 микрометров) и скорость, с которой они растут (от 1 до 100 микрометров в секунду), изменяя концентрацию положительно заряженных молекул в растворе.
Но и это ещё не всё. Учёным удалось вырастить трубочки в нужном направлении.
Для этого химики меняли напряжение, приложенное к раствору.
В пресс-релизе университета также сказано, что из трубочек можно создавать сложные разветвлённые системы каналов, сращивать их вместе (сталкивая) или же делая от одной «магистральной ветки» несколько ответвлений (прокалывая микроманипулятором дополнительное отверстие).
Чтобы показать, что полученные трубочки имеют водонепроницаемые стенки, учёные пропустили по выращенным каналам флуоресцирующую жидкость.
Ли считает, что создавать микроструйные устройства по новой технологии куда проще, нежели с помощью литографии. Хотя, несомненно, метод ещё придётся дорабатывать.
И всё же он удобнее, ведь иногда необходимо всего несколько секунд, чтобы «вырастить» нужный рисунок из трубочек.
Статья авторов опубликована в открытом доступе в журнале Nature Chemistry. Доступ к статье открыт учёным всего мира сознательно.
Дело в том, что изменяя состав и структуру полиоксометалатов (тех самых отрицательно заряженных кластеров из атомов металла и кислорода), можно варьировать их физические и химические свойства, а значит, и назначение устройств на их основе.
Между тем полиоксометалаты имеют массу полезных применений. Они прекрасные катализаторы, ускоряющие многие химические реакции.
Кроме того, они часто используются для детектирования газов и удаления токсических составляющих из выхлопных газов.
В ходе экспериментов учёным удалось создать как трубочки сложной формы, так и разветвлённые (фото Nature Chemistry).
Шотландские учёные надеются, что другие научные группы, имея на руках готовый рецепт универсального выращивания микротрубочек, будут экспериментировать с различными соединениями и быстрее придумают для них подходящее практическое применение.
Пауль Кёгерлер (Paul Kogerler) из технического университета Аахена (RWTH Aachen University) подчёркивает, что система каналов (как и сами трубочки) не распадается, кроме того, у неё очень хорошее соотношение поверхность/объём.
Кёгерлер также мечтает о том, что когда-нибудь удастся вырастить сети из трубочек нанометрового размера (данные комплексы теоретически способны формировать такие структуры). В таком случае активная поверхность вырастет ещё больше.
Кронин и его коллеги планируют исследовать происходящие процессы далее и надеются, что в будущем смогут улучшить контроль над ростом каналов.
Читайте также о том, как была выращена Y-образная углеродная нанотрубка.
Разводка полива от наружных капельниц. Разветвители.
