Используя разработанного ими же электрохимического робота, российские химики создали самодвижущиеся наностержни, с помощью которых в перспективе можно будет осуществлять доставку лекарств в организме и которые можно будет применять в качестве моторов для микроскопических устройств. Исследования поддержаны Российским научным фондом, их результаты были озвучены как доклад на Научной конференции грантодержателей Российского научного фонда «Фундаментальные химические исследования XXI-го века».

Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова успешно синтезировали самодвижущиеся наноструктуры — «нанопловцов», как их еще называют — из золота и родия. Такие структуры приходят в движение за счет реакции разложения на их противоположных концах пероксида водорода.

«Создание сегментированных нанонитей с большим количеством прослоек достаточно трудоемкий и долгий процесс. Однако эта процедура легко поддается автоматизации. В ходе работы был сконструирован электрохимический робот, синхронизированный с потенциостатом, что позволило в автоматическом режиме формировать нанокомпозиты, содержащие сегментированные нанонити с четкой границей между соседними слоями и точным контролем их толщины», — прокомментировал работу руководитель гранта РНФ, кандидат химических наук Кирилл Напольский.

Чтобы получить такие наноструктуры, ученые осаждали оба металла, золото и родий, в пористую пленку (толщиной в десятки микрон) оксида алюминия. Полученные наностержни извлекали, растворяя пористую пленку из оксида алюминия в щелочи. Этот метод называется темплатное электроосаждение. В результате химикам удалось получить наностержни с чередующимися слоями золота и родия диаметром до 290 нм и длиной до 4 микрон. Затем ученые помещали синтезированные наностержни в раствор пероксида водорода. В процессе реакции разложения перекиси, происходило движение протонов от сегмента родия к сегменту золота, которое, в свою очередь, способствовало движению самих наноструктур.

Чтобы убедиться, что наностержни действительно двигаются, химики нанесли раствор наночастиц в перекиси на предметное стекло. Чтобы различить движение наностержней за счет реакции разложения пероксида водорода, а не за счет обычного теплового движения частиц в растворе, ученые проанализировали траекторию движения наностержней вдоль их оси. Изменение положения наноструктур фиксировали с помощью последовательных фотографий. Выяснилось, что наностержни передвигались в перекиси в среднем на половину своей длины за одну секунду.

«Одна из основных задач — найти «руль» для управления движением наностержней, так как наноструктуры осуществляют свое движение в произвольном, постоянно изменяющемся направлении. А, например, доставлять лекарства в организме нужно к заданным клеточным целям. В качестве такого «руля» могут выступать дополнительные сегменты из металла, обладающго магнитными свойствами, такого как никель или железо. Тогда с помощью магнитного поля можно будет задавать направление движения наностержней», – сказал исполнитель гранта РНФ, кандидат химических наук Сергей Кушнир.

«Большой плюс метода состоит в том, что процесс электроосаждения наноструктур, осуществляемый в лаборатории, можно легко перенести на масштабное производство. Часто что-то полученное в лаборатории невозможно перенести на практику. Например, ученые могут получить одну десятую грамма вещества, но когда речь заходит о тонне, то получить его в таком большом количестве бывает невозможно. Пленки анодного оксида алюминия в лабораторных условиях используют размером в сто квадратных сантиметров, в промышленности анодирование можно использовать и на квадратных метрах. Электроосаждение зависит уже от размера ванны, регулировать который несложно», — заключил Кирилл Напольский.