Исследователи из Национального сеульского университета (Южная Корея) заявили о создании самоорганизующихся в «пульсирующие» нанотрубки макромолекул. Макромолекулы, гидрофобные с одной стороны и гидрофильные с другой, формируют кольца, которые в водном растворе самоорганизуются в вертикальные стопки-нанотрубки, расширяющиеся и сужающиеся при изменении температуры.

Хотя молекулы легко и плотно упаковываются в супрамолекулярные структуры, они не образуют межмолекулярных ковалентных связей, что позволяет нанокольцам иметь переменный диаметр за счёт взаимного скольжения отдельных молекул. Добиться нужного диаметра можно просто за счёт изменения температуры. По словам учёных,

с помощью температурного контроля они меняли диаметр внутренней полости нанотрубок, состоящих из набора таких колец, в пределах 3–4 нм. Нанотрубки расширяются при понижении температуры и сужаются при нагревании, создавая тем самым температурный эффект, «подобный пульсирующим кровеносным сосудам».

Рис. 1. Слева — расширенная нанотрубка, справа — та же нанотрубка, но после охлаждения (иллюстрация Science).

Ну и что? А то, что полая природа нанотрубок позволяет использовать их для доставки лекарственных средств к необходимому месту в организме с минимальными побочными эффектами.

Умея варьировать диаметр нанотрубок, можно упростить не только загрузку, но и, что даже более важно, процесс выпуска препарата после достижения пункта назначения.

Чтобы протестировать то, как пульсирующие нанотрубки взаимодействуют с включёнными в них частицами, учёные использовали светочувствительные молекулы фуллеренов, спектр разнообразных применений которых варьируется от противораковой терапии до солнечных батарей.

Молекулы фуллеренов захватывались в процессе самоорганизации нанотрубок благодаря их гидрофобной природе (макромолекулы самоорганизуются таким образом, что внутреннее пространство нанотрубок является гидрофобным).

Было показано, что

фуллерены упаковываются плотнее в более узких трубках. Дальнейшее сужение нанотрубок приводит к релизу уже нескольких интеркалированных фуллеренов.

До сих пор сборка трубок всегда осуществлялась за счёт образования ковалентных или водородных связей, из-за которых получающиеся трубки обладали ограниченной гибкостью. Для преодоления этого авторы создали шестичленные кольца, используя изогнутые уголком молекулы в качестве строительных блоков. Беспрецедентная гибкость всей супрамолекулярной структуры достигается с помощью простого взаимного скольжения соседних молекул. Движущей силой самосборки в водном растворе, помимо гидрофобности внутренней стороны молекулярных строительных блоков, стал эффект притяжения ароматических колец в составе макромолекул.

Одним из возможных применений пульсирующих нанотрубок (кроме медицинского контейнера) может стать создание материалов с изменяемой проводимостью — от проводника до изолятора. Например, проводящее состояние может образовываться в случае, когда суженные трубки содержат плотноупакованные проводящие наночастицы. В то же время расширение нанотрубок при нагревании повлечёт за собой разделение содержащихся в них наночастиц и падение проводимости материала.

Отчёт об открытии опубликован в журнале Science.