Французские ученые применили магнитные коллоиды чтобы создать самособирающиеся спиральные структуры, напоминающие ДНК. Подобным методом можно создать крошечные самодвижущиеся объекты, а коллоиды могут послужить моделями природных молекул.

Эти спиральные структуры образуются из цепей гантелеподобных кремниевых частиц с магнитным «поясом» оксида железа. При наложении магнитного поля эти намагничивающиеся области частиц притягиваются друг к другу, а поскольку частицы ассиметричны, образуется закручивающаяся цепь.

Джером Бибетт (Jerome Bibette), руководитель группы Промышленного Физико-Химического Образовательного Института в Париже, рассказал, что наблюдаемый эффект напоминает движение субъединиц в полимерной модели, где частицы располагаются так, чтобы избежать стерических препятствий. Подобное направление полимеризации продиктовано законами природы, и теперь такие химические закономерности легко моделировать, используя в качестве инструментов кремниевые объекты с магнитными включениями.

Эта работа также показала возможности нанотехнологии в моделировании природных процессов с образованием сложных структур с левосторонней и правосторонней хиральностью. «Это открывает путь к созданию большого количества умных материалов», – комментирует Бибетт. Левосторонняя и правосторонняя хиральные молекулы (энантиомеры) являются зеркальным отображением друг друга и их можно сравнить с ладонями левой и правой руки – они одинаковы по форме, но не могут быть совмещены в одинаковой ориентации. Хиральность – замечательное природное свойство биологических молекул, задающее способность энантиомеров быть распознаваемыми определенными рецепторами и участвовать с биохимических процессах. К примеру, ДНК является правозакрученной спиральной макромолекулой.

Коллоидная спиральная структура превосходит ДНК по объему, поэтому процесс ее самосборки можно наблюдать с помощью микроскопа, что дает возможность контролировать процессы создания аналогов энантиомерных природных структур и моделирования процессов разделения энантиомеров. Поскольку используемые частицы светочувствительны – добавляется возможность конструировать и самодвижущиеся объекты.

Сейчас ученые ищут возможность стабилизировать собранные структуры в условиях выключения воздействия магнитного поля. «Мы обнаружили, что полиакриловая кислота достаточно хорошо абсорбируется намагничивающимся оксидом железа, и соединение этих элементов приводит к их необратимому «склеиванию». Такая разновидность «клея» активируется в присутствии магнитного поля», – поясняет Бибетт.

Тим Деминг (Tim Deming), специалист по биоподобным материалам из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе отмечает также, что «Образование хиральных структур из простых компонентов – это интересная перспектива в области создания сложных материалов. Однако ученым предстоит еще долгий путь к воссозданию сложных природных самоорганизующихся процессов и структур».

Мария Костюкова