Что приходит Вам в голову, когда Вы слышите слово «пушка»?! Наверное, что-то массивное с большой разрушительной силой. Но что, если Вы услышите «микро-пушка»?…

Перед самым закатом 2015 года в престижном научном журнале ACSNano вышла необыкновенная статья . Да не просто статья, а целая совершенно невероятная история о микропушках и микробаллистике!

По традиции, Рождество – сказочное время, когда все ждут чего-то особенного и необычного. Видимо, коллектив авторов работы, о которой пойдёт речь чуть ниже, подумала точно также и решила опубликовать свою статью аккурат перед католическим Рождеством.

Но давайте обо всём по порядку. Учёные из Испании, Мексики и США изготовили массив конических «микропушек», которые способны стрелять «наноядрами» диаметром 1 микрометра, что в сотню раз меньше человеческого волоса.

Сами микропушки изготовлены из графена и золота и помещены в полимерную матрицу-носитель (см. рисунок ниже). При желании они могут быть освобождены и переведены, например, в суспензию за счёт растворения этой полимерной матрицы. Вместо пороха в них используется перфтороуглерод (perfluorocarbons, PFC), который под воздействием ультразвука эффективно переходит в парообразное состояние. А дальше, как в обычной пушке, образовавшийся пар толкает сферическое ядро (в данном случае из диоксида кремния).

(A) Схема создания микропушки. (B) Принцип работы микропушки при воздействии ультразвука: PFC переходит в пар и выталкивает наноядра. (С) Микропушка до и после выстрела. Масштабная метка – 20 микрон

Для того чтобы отследить траекторию полёта наноядра, а также показать распространение «выхлопных» газов, ядра и «пороховой заряд» из PFC подкрасили флуоресцентной краской. После выстрела над поверхностью подложки стелется пар флуоресцирующего PFC, а ядра улетаю с довольно приличной скоростью – до 40 м/с.

Видео «стрельб» можно посмотреть на сайте издательства.

Микрофотографии «стельб» наноядрами из микропушки. (А) Вид сверху. (B) Вид сбоку. Масштабная метка – 20 микрон

В принципе, такая пушка может быть загружена не только одним ядром, но сразу несколькими – практически, как микроскопический дробовик.

Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа: (A) загрузка разного количества наноядер, (B) матрица с микропушка до (слева) и после (справа) «выстрела» с помощью ультразвука. Масштабная метка — 1 микрон

И напоследок, самое главное, казалось бы, как такая «игрушечная» работа могла попасть на страницы уважаемого издания?! Однако этот вопрос отпадает, если мы взглянем на сферу применения данного «изделия» – оригинальная система доставки лекарств и борьбы с раковыми опухолями, например. Ведь на сегодняшний день одна из основных проблем, связанная с лечением рака, заключается в том, как уничтожить поражённые ткани и не затронуть при этом живые. Ответ – применение таких массивов микропушек или их суспензий. Как отмеают авторы работы микропушки будут особенно эффективны, если их снабдить магнитными наконечником для наводки орудия на цель.

Оригинальная статья «Acoustic Microcannons: Toward Advanced Microballistics» опубликована в ACSNano (DOI: 10.1021/acsnano.5b07080).