Как сложить бумажную коробочку макроскопических размеров, представить не очень трудно. А как быть с той же коробочкой, не обязательно бумажной, при переходе к микро- или даже наноразмерам, где невозможно использование ни рук, ни каких-либо вспомогательных механизмов? Учёные и инженеры из Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе и математики из Университета Брауна (оба — США) нашли решение этой проблемы и продемонстрировали результаты в виде самопроизвольно складывающихся наноразмерных полиэдров высокого порядка.

Самое поразительное здесь даже не то, что они просто складываются, а то, с какой точностью образуется трёхмерная форма, и всё это без вмешательства человека. А значит, число возможных применений разработки ничем не ограничено, включая современную медицину.

Рис. 1. Примеры результатов работы математического алгоритма (иллюстрация David Gracias / Johns Hopkins University).

Сразу скажем, что не все исходные «плоские» формы эквивалентны: какие-то, как выяснилось, закрываются лучше, какие-то совсем не хотят складываться. Лучшими, к слову, оказались самые компактные. Но, поскольку существует 43 380 способов сложения додекаэдрона, начать пришлось с разработки алгоритма для просеивания всех возможных плоских «исходников» в поисках тех, которые легче всего закрывались бы в желаемые 3D-структуры. Эта часть работы была выполнена в Университете Брауна под руководством математика Говинда Менона. Затем тщательно отобранные варианты дизайна «плоских исходников» послали в Университет Джонса Хопкинса Дэвиду Грасиасу и его команде для реальной постройки полиэдров и проверки теоретических моделей.

Самопроизвольное закрытие полиэдров происходило исключительно за счёт повышенного поверхностного натяжения, создаваемого при нагревании. Эта энергия заставляет ближайшие края граней притягиваться друг к другу, обеспечивая формирование объёмной структуры абсолютно правильной формы. Смотрите видео — оно заставляет восхититься происходящим:

А теперь представьте себе тысячи абсолютно одинаковых, точно сложенных мельчайших коробочек из биоразлагаемого полимера, устремляющихся по крови к больному органу. Прибыв на место, коробочки высвобождают своё содержимое с умопомрачительной точностью. И никаких побочных эффектов, никакой фармокинетики — только строго рассчитанная доза, полностью и точно доставленная к месту работы. Таково видение будущего медицинской практики, и теперь это уже не выглядит фантастикой. Осталось лишь добавить, что

собственно упаковка лекарства в коробочку происходит на стадии самосборки, как это показано в видео, то есть снова без прямого участия человека.

Алгоритм поиска легко закрывающихся «плоских форм» представлен в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.