Исследователями из Кембриджского университета (Великобритания) предложен одностадийный метод получения микрокапсул, имеющий большой потенциал для разнообразного промышленного применения, включая мединдустрию, сельское хозяйство и диагностику. Результаты работы представлены в свежем выпуске журнала Science.

Возможность заключать материалы (в самом широком смысле) в капсулы диаметром от 10 до 100 мкм, контролируя при этом и структуру капсулы, и инкапсулируемые компоненты, считается одной из ключевых проблем в биологии, химии, нанотехнологии и науке о материалах.

Процесс приготовления микрокапсул требует немало труда и очень сложен для масштабирования при переходе с лабораторных объёмов на промышленные. Чаще всего микрокапсулы получают, используя форму, покрытую слоями полимеров наподобие папье-маше. Технология сложна прежде всего тем, что требует необходимости растворения формы при сохранении самих полимеров в неприкосновенности.

Рис. 1. Микрокапсулы (фото University of Cambridge).

Кембриджские исследователи предложили технику массового производства «умных» микрокапсул в одностадийном процессе с использованием небольших водяных капель. При этом контроль содержимого микрокапсул может осуществляться с помощью различных стимулов (активаторов).

Микрокапли, диспергированные в воде, используются в качестве темплатов для постройки супрамолекулярных конструкций, которые в свою очередь формируют микрокапсулы одинакового размера и с пористой оболочкой.

Для образования микрокапсул используются сополимеры, наночастицы золота и небольшие бочкообразные молекулы кукурбитурилы (cucurbiturils, CBs). Последние работают как миниатюрные наручники, собирая материалы вместе на разделе фаз масло — вода.

По словам учёных, метод имеет несколько неоспоримых преимуществ перед используемыми сегодня технологиями.

Так, все компоненты для формирования микрокапсул вводятся в реакцию одновременно и собираются в капсулу мгновенно и при комнатной температуре.

Эффективная загрузка самого различного содержимого происходит в момент формирования микрокапсул, а динамические супрамолекулярные взаимодействия позволяют контролировать пористость микрокапсул и время релиза их содержимого, используя такие стимулы, как свет, pH и температура.

Капсулы могут также применяться как субстрат для Рамановской спектроскопии развитых поверхностей (surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS) — сверхчувствительного неразрушающего спектроскопического метода анализа, который позволяет определять молекулы для самого широкого круга приложений, включая медицинскую диагностику, экологический контроль и криминалистику.