Российские ученые создали самодвижущихся «нанопловцов»

Используя разработанного электрохимического робота, российские химики создали самодвижущиеся наностержни, с помощью которых в перспективе можно будет осуществлять доставку лекарств в организме, а также использовать их в качестве моторов для микроскопических устройств. Исследования поддержаны Российским научным фондом, их результаты были доложены на научной конференции грантодержателей российского научного фонда «Фундаментальные химические исследования XXI века».

Ученые из МГУ им. М.В. Ломоносова успешно синтезировали самодвижущиеся наноструктуры, или, как их еще называют, «нанопловцов», из золота и родия. Такие структуры приходят в движение за счет реакции разложения на их противоположных концах пероксида водорода.

«Создание сегментированных нанонитей с большим количеством прослоек – достаточно трудоемкий и долгий процесс. Однако эта процедура легко поддается автоматизации. В ходе работы был сконструирован электрохимический робот, синхронизированный с потенциостатом, что позволило в автоматическом режиме формировать нанокомпозиты, содержащие сегментированные нанонити с четкой границей между соседними слоями и точным контролем их толщины», ­– прокомментировал работу руководитель гранта РНФ, кандидат химических наук Кирилл Напольский.

Чтобы получить такие наноструктуры, ученые осаждали оба металла, золото и родий, в пористую пленку (толщиной в десятки микрон) оксида алюминия. Полученные наностержни извлекали, растворяя пористую пленку из оксида алюминия в щелочи. Этот метод называется «темплатное электроосаждение». В результате химикам удалось получить наностержни с чередующимися слоями золота и родия диаметром до 290 нм и длиной до 4 микрон. Затем ученые помещали синтезированные наностержни в раствор пероксида водорода. В процессе реакции разложения перекиси происходило движение протонов от сегмента родия к сегменту золота, которое, в свою очередь, способствовало движению самих наноструктур.

Чтобы убедиться, что наностержни действительно двигаются, химики нанесли раствор наночастиц в перекиси на предметное стекло. Чтобы различить движение наностержней за счет реакции разложения пероксида водорода, а не за счет обычного теплового движения частиц в растворе, ученые анализировали траекторию движения наностержней вдоль их оси. Изменение положения наноструктур фиксировали с помощью последовательных фотографий. Выяснилось, что наностержни передвигались в перекиси в среднем на половину своей длины за одну секунду.

«Одна из основных задач – найти «руль» для управления движением наностержней, так как наноструктуры осуществляют свое движение в произвольном постоянно изменяющемся направлении. А например, доставлять лекарства в организме нужно к заданным клеточным целям. В качестве такого «руля» могут выступать дополнительные сегменты из металла, обладающего магнитными свойствами, такого как никель или железо. Тогда с помощью магнитного поля можно будет задавать направление движения наностержней», – сказал исполнитель гранта РНФ, кандидат химических наук Сергей Кушнир.

«Большой плюс метода состоит в том, что процесс электроосаждения наноструктур, осуществляемый в лаборатории, можно легко перенести на масштабное производство. Часто что-то полученное в лаборатории невозможно перенести на практику. Например, ученые могут получить одну десятую грамма вещества, но когда речь заходит о тонне, то получить его в таком большом количестве бывает невозможно. Пленки анодного оксида алюминия в лабораторных условиях используют размером в 100 кв. см, в принципе, в промышленности анодирование можно использовать и на квадратных метрах. Электроосаждение зависит уже от размера ванны, регулировать который несложно», – заключил Кирилл Напольский.