С помощью теоретического моделирования показано, что несколько слоев льда могут оставаться «замороженными» при температуре человеческого тела, если их выращивать на слое ионов натрия, покрывающем алмаз.

«Покрытия изо льда могли бы сделать алмазные имплантаты более биологически совместимыми,» — утверждает команда ученых из Университета Гарварда.

Тонкие алмазные покрытия наносятся на все большее число износостойких медицинских имплантатов, типа протезов, искусственных клапанов сердца и суставов. Однако, алмаз приводит к сворачиванию крови, вызывая коагуляцию белков. Кроме того, его твердость приводит к большему трению с окружающими тканями, нежели при использовании других материалов. Лед мог бы уменьшить эти эффекты, предоставляя биологически совместимый водный интерфейс.

Александр Висснер-Гросс (<a href=”http: // www.alexwg.org/”>Alexander Wissner-Gross) и Эфсимиос Каксирас (<a href=”http: // www.seas.harvard.edu/ekaxiras”>Efthimios Kaxiras) вычислили, что проблему можно решить, закрепив слой ионов натрия на алмазной поверхности.

Такой слой ионов натрия привел бы к образованию слоя льда толщиной приблизительно 2 нанометра при 37°C (температура человеческого тела), таким образом обеспечив биологически совместимое покрытие.

Исследователи использовали для моделирования метод молекулярной динамики (взаимодействие частиц описывалось потенциалом Леннард-Джонса и Кулона). В частности они моделировали движение молекул воды, находящихся рядом с поверхностью алмаза, покрытого ионами натрия, в течение длительного времени. Вычисления показали, что слой льда может остаться замороженным при высоких температурах благодаря дипольным взаимодействиям между молекулами воды и поверхностью пленки.

В 2001 исследователи получили лед в углеродных нанотрубках; в прошлом году другая группа создала наноразмерные кусочки льда при комнатной температуре и показала, что такой лед может выступать как нежелательный «клей» в наноустройствах. Но данный теоретический результат является первым, предлагающим практическую реализацию нанольда.

«Это — интересный результат,» – говорит Дэвид Мартин (David Martin), профессор биомедицинской технологии в Университете Мичигана и главный научный консультант в Biotectix, компании, которая делает мягкие полимерные покрытия для биомедицинских устройств.  —Возможность создавать гидрофильньный слой на твердом алмазном или алмазоподобном основании может вполне способствовать прогрессу биомедицине." Однако, Мартин предупреждает, что новый метод не решит главную проблему — что механические свойства имплантатов несовместимы с мягкой биологической тканью. «Ледяное покрытие будет чрезвычайно тонким, и различия в механических свойствах будут незначительными,» — говорит он.

Александр Висснер-Гросс создал<a href=”http: // www.alexwg.org/DiamondIce.mov”>короткий фильм об исследовании, который можно посмотреть на его веб-сайте.

С одной стороны, методы молекулярной механики не применимы к ионным водным системам из-за их сложной системы химических взаимодействий. Да и сама система вызывает множество вопросов. С другой стороны, результат предсказуем, так как поверхностный слой у гидрофильной поверхности остается неподвижным, и речь идет только о том, сколько слоев льда будет «замораживать» та или иная поверхность. Однако сама идея с помощью полярного бислоя создать водную смазку кажется весьма перспективной…

Дмитрий Лещев