Новый метод может способствовать развитию приложений следующего поколения в медицине, косметике и добыче нефти, пишет eurekalert.org со ссылкой на Science Advances. Жидкие структуры – жидкие капли, сохраняющие определенную форму – полезны для множества применений, от пищевой промышленности до косметики, медицины и даже добычи нефти, но исследователи еще не раскрыли весь потенциал этих новых материалов, потому что мало известно о том, как они образуются.

Теперь исследовательская группа во главе с лабораторией Беркли сняла в реальном времени видео с высоким разрешением жидких структур, принимающих форму поверхностно-активных веществ в виде наночастиц (НПВ) – мылообразных частиц размером всего миллиардные доли метра – плотно слипшихся друг с другом для образования твердого слоя на границе раздела между маслом и водой.

Их результаты могут помочь исследователям лучше оптимизировать жидкие структуры для продвижения новых биомедицинских приложений, таких как реконфигурируемая микрофлюидика для открытия лекарств и жидкостная робототехника для адресной доставки лекарств от рака.

В экспериментах под руководством соавтора Пола Эшби, штатного научного сотрудника отделения молекулярного литья и материаловедения лаборатории Беркли, и Ю Чай, бывшего научного сотрудника группы Эшби, который сейчас является доцентом Городского университета Гонконга, исследователи использовали специальную технику визуализации, называемую атомно-силовой микроскопией (АСМ), чтобы сделать первые в реальном времени видеоролики о том, как НПВ сгущаются вместе и застревают на границе раздела нефть-вода, что является критическим шагом в закреплении жидкости в определенной форме.

В фильмах исследователей представлен портрет интерфейса НПВ с беспрецедентной детализацией, которая включает размер каждого НПВ, демонстрирует, состоит ли интерфейс из одного или нескольких слоев, и сколько времени с точностью до секунды прошло для каждого НПВ, к которому нужно прикрепиться и поселиться в интерфейсе. Впечатляющие изображения АСМ также показали угол, под которым НПВ «сидит» на границе раздела – это неожиданный результат.

«Мы были удивлены грубостью интерфейсов, – сказал Эшби. – Мы всегда рисовали иллюстрации однородной границы раздела с наночастицами, прикрепленными под одним и тем же углом, но в нашем текущем исследовании мы обнаружили, что на самом деле существует много вариантов».

Большинство инструментов наноразмерной визуализации могут исследовать только неподвижные образцы, которые являются сухими или замороженными. За последние пару десятилетий Эшби сосредоточил свои исследования на разработке уникальных возможностей АСМ, которые позволяют пользователю управлять наконечником зонда, чтобы он мягко взаимодействовал с быстро движущимися образцами, такими как НПВ в текущем исследовании, не касаясь подлежащей жидкости.

«Визуализация структуры жидкости в наномасштабе и наблюдение за движением наночастиц в жидкости в реальном времени с помощью зонда АСМ – это было бы невозможно без обширного опыта Пола, – сказал соавтор Томас Рассел, приглашенный научный сотрудник и профессор наук и инженерии полимеров из Массачусетского университета, который возглавляет программу Adaptive Interfacial Assemblies Towards Structuring Liquids в отделе материаловедения лаборатории Беркли. – Подобные возможности недоступны больше нигде, кроме молекулярного литейного завода».

Затем исследователи планируют изучить влияние самодвижущихся частиц в жидких структурах НПВ.