Химики, физики и компьютерщики из Уорвикского университета (Великобритания) вместе изобрели мощный и многофункциональный метод контроля скорости и направления движения микроструктур в воде – «моторизированные микроскопические спички».

Раньше движение микроскопических элементов регулировалось с помощью внешних воздействий – магнитного поля или света. Уорвикская группа придумала, как добиться этого одним лишь добавлением химического реагента в определенную точку – и все «микроспички» мгновенно туда устремятся.

Оказалось, что на «головку» микроскопических палочек требуется добавить вещество-катализатор – он заставляет палочки устремляться к местоположению впрыснутого в смесь «химического топлива». В ходе эксперимента «головки» были изготовлены из оксида марганца и кремния, а в качестве «химического топлива» выступила перекись водорода.

«Спички» бросили в смесь, посреди обычных полимерных микрогранул. При добавлении перекиси водорода микрогранулы продолжали двигаться в направлении конвективных течений или хаотически, в броуновском движении. А «спички» быстро плыли в сторону химического градиента, где находилась перекись водорода.

Реакция была настолько сильной, что больше половины «спичек» ни разу не сбилась с курса за все 90 секунд своего путешествия – хотя они боролись с сильным течением и броуновским движением.

«Мы выбрали частицы в форме стержней, с высоким аспектным отношением [отношением ширины и высоты], так как это наиболее благоприятная геометрическая форма для хемотактических пловцов – вспомните, например, облик многих подвижных организмов», – рассказывает доктор Штефан Бон (Stefan Bon), инженер-химик, руководитель исследования.

«Мы разместили “двигатель”, придающей палочке самоходность, на “спичечной головке” – так стержень нацеливается по направлению движения… и сохраняет осевую симметрию параллельно плоскости движения… Наш подход отличается многофункциональностью и позволит в будущем изготавливать более сложные микрокомпоненты.

«Возможность направлять движение этих коллоидных структур приведет к прогрессу в изучении тонкодисперсных соединений и самосборки микроскопических объектов. Мы даже сможем выяснить, как форма стержня была выбрана для многих самодвижущихся объектов в природе», – рассказывает доктор Бон.

Данные исследования были представлены в журнале Materials Horizons (там же можно скачать видео).