Микрочастицы хлорида серебра играют роль микромоторов, приводимых в действие светом и способных саморганизоваться в подобие роев.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 3308

Рой микромашин, движущийся по крови для заживления поврежденной ткани или для доставки лекарства к цели, нанороботы, совместно работающие для создания нанотехнологического компонента – несмотря на фантастичность, может быть сценарием ближайшего будущего.

Для решения проблемы создания таких систем необходима разработка отдельных наномашин и молекулярных устройств, способных к взаимодействию друг с другом. Исследователи под руководством Аюсмана Сена(Ayusman Sen) из Университета Пенсильвании разработали частицы из хлорида серебра, способные «роиться» как одноклеточные организмы. Облучение таких частиц ультрафиолетом приводит к тому, что частица «подает сигналы», «привлекающие» другие частицы.

Живые клетки и организмы могут обмениваться информацией для совместной реакции на условия окружающей среды. Например, одноклеточные организмы, попадая в неблагоприятные условия, испускают сигнальное вещество, в качестве реакции на которое клетки образуют псевдомногоклеточную систему. Примерно также ведут себя и полученные Сеном микрометровые частицы хлорида серебра при облучении ультрафиолетом. Фоторазложение хлорида серебра приводит к образованию ионов, которые одновременно играют роль как сигнального вещества, так и «двигателя».

Наблюдаемое явление объясняется диффузиофорезом (diffusiophoresis), движением частиц по градиенту концентраций электролита. Частицы хлорида серебра «плывут» по направлению более высокой концентрации ионов. Нерегулярность поверхности частиц и неоднородное облучение приводит к асимметрической деградации частиц.

Таким образом, каждая частица создает свой собственный градиент, который позволяет ей двигаться со скоростью около 100 мкм/с (самопроизвольный диффузиофорез). Соседние частицы хлорида серебра движутся по градиенту концентраций в область большего скопления частиц, образуя стабильные «рои» частиц. Фотохимически неактивные частицы оксида кремния также «чувствуют» градиент концентраций и агрегируют с частицами хлорида серебра.

Система может быть использована как небиологическая модель для изучения взаимодействия между клетками, она также может использоваться для разработки принципов создания синтетических наносистем, представляющих собой сообща работающие наночастицы.

Источники:

1. Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 3308; doi: 10.1002/anie.200804704
2. ChemPort