Исследователи из Университета Иллинойса и Северо-западного университета разработали коллоидную систему, состоящую из частиц, которые они назвали «сферами Януса». Это маленькие частицы на основе латекса, проявляющие гидрофобные свойства на полюсах и гидрофильные – в центральной части. В чистой воде такие частицы отталкиваются друг от друга, но при добавлении соли гидрофобные взаимодействия между шариками усиливаются, и они могут формировать трёхмерные кластеры. Физические свойства таких кластеров отличаются от свойств отдельных латексных частиц. Учёным удалось опубликовать отчёт о своём исследовании сразу в двух престижных научных журналах: неделю назад вышла статья в Science, а 20.01.2011 – ещё одна в Nature.

«Это большой шаг вперёд, демонстрирующий, как можно создать нетривиальные и неочевидные структуры на основе простых частиц, – цитирует слова Стива Граника (Steve Granick), руководителя исследования, сайт EurekAlert. – Людям давно известно, как происходят подобные вещи с молекулами, например, с обычным мылом – но учёные и инженеры до сих пор очень мало знают о том, как вовлечь в эти процессы более крупные частицы. Они отличаются от молекул: они большие, они не сгибаются, и у них много разных собственных свойств».

Группа Граника активно занимается компьютерным моделированием различных коллоидных систем. Проект с использованием «сфер Януса» уже перешёл в экспериментальную плоскость. Шарики латекса достаточно велики, чтобы процесс самосборки кластеров можно было наблюдать под микроскопом. Изменение свойств раствора, а также свойств латексных шариков (размер самого шарика, расположение и протяжённость его гидрофобных и гидрофильных зон) позволит получать разнообразные структуры.

Одно из возможных применений новых частиц – специализированные фильтры. «Сферы Януса» могут образовывать решётки, в которых гидрофобный полюс каждого шарика взаимодействует с полюсами двух других.

«Наша кружевная сеть сможет отфильтровывать как водорастворимые, так и жирорастворимые вещества», – говорит Граник.

В зависимости от того, при каких условиях и из каких шариков будет построена такая сеть, она сможет быть более или менее селективной, а также отфильтровывать только гидрофобные или только гидрофильные частицы в разных частях решётки.

Авторы работы уверены, что созданные ими структуры найдут широкое применение в самых разных областях науки и техники.

«Однажды, может быть, мы создадим смесь компонентов, удалим некоторые из них и получим микроэлектронный чип, – предполагает Граник. – Это совершенно новая область. Здесь могут использоваться самые разные материалы, и на их основе могут быть получены разнообразные структуры».

Первоисточники информации:

1. Qian Chen, Jonathan K. Whitmer, Shan Jiang, Sung Chul Bae, Erik Luijten and Steve Granick. Supracolloidal Reaction Kinetics of Janus Spheres. – Science. – 14 January 2011: Vol. 331 no. 6014 pp. 199–202 DOI: 10.1126/science.1197451.

2. Qian Chen, Sung Chul Bae, Steve Granick. Directed self-assembly of a colloidal kagome lattice. – Nature. – 469. – P. 381–384, Date published: 20 January 2011, doi:10.1038/nature09713.