Немецкие и итальянские физики в реальном времени проследили за сворачиванием полимерной оболочки на кремниевых наночастицах с помощью мегагерцового рентгеновского динамического светорассеяния на базе европейского рентгеновского лазера на свободных электронах. Основываясь на полученных константах диффузии при воздействии света, ученые определили характерное время сворачивания и разворачивания наночастиц.

Исследование, призванное улучшить контроль над высвобождением лекарственных препаратов из наночастиц, опубликовано в журнале Science Advances.

Реагирующие гидрогели обратимо изменяют свой объем при изменении pH, давления или температуры. Это свойство широко используется в системах для доставки лекарств и очистки воды.

Множество гидрогелей основаны на поли-N-изопропилакриламиде (PNIPAM) — полимере, растворимом в воде, который можно заставить сжиматься и разжиматься, воздействуя теплом, растворителями или давлением. Для более контролируемого использования этого полимера нужно понимать, за какое время происходит его расширение.

Для гидрогелевых частиц размером от микрометра до миллиметра кинетика сжатия-разжатия описывается с помощью модели Танаки, в которой время сжатия пропорционально квадрату радиуса полностью разбухшей частицы. Чтобы нагреть гидрогель, ученые либо воздействуют на растворитель (тогда в процессе возникает промежуточная стадия с формированием внешнего слоя свернувшегося полимера), либо нагревают их изнутри, возбуждая плазмонный резонанс на золотом ядре частицы. Но это сильно ограничивает возможный спектр применения гидрогелевых частиц.

Группа физиков из немецкого электронного синхротронного центра DESY и европейского центра рентгеновского лазера на свободных электронах XFEL под руководством Феликса Лемкюлера (Felix Lehmkühler) провела прямое измерение гидродинамического радиуса наночастиц диоксида кремния с оболочкой из PNIPAM.