Silicon Taiga: Найден новый способ приведения в действие химических микро- и нанодвигателей

Ученые, изучающие поведение платиновых частиц, помещенных в раствор перекиси водорода, обнаружили новый способ приведения в действие крошечных микродвигателей, которые, в свою очередь, заставят работать микро- и наномеханизмы. Микро- и наноразмерные механизмы работают в условиях которые кардинально отличаются от условий, в которых работают обычные механизмы и машины. Из-за малой массы микроскопических частей, они, эти части, практически не обладают моментом инерции и поэтому для их постоянного движения требуется подвод непрерывного потока энергии или приложение постоянно действующих сил. Одним из видов источников такой энергии являются различные химические реакции, в данном случае реакция расщепления перекиси водорода под воздействием платинового катализатора, проходящие на поверхности частей микромеханизмов.

Людям известны несколько видов таких "химических" двигателей. К примеру, двигатели Януса, которые представляют собой сферические частицы, покрытые с разных сторон различными материалами. Одна из сторон покрыта нейтральным материалом, а вторая покрывается катализатором, таким как платина, который инициирует и ускоряет химические реакции. В нашем случае платина способствует расщеплению перекиси водорода, в результате чего получаются вода и кислород. Пузырьки кислорода формируются более интенсивно с "платиновой" стороны, что приводит к неравномерности распределения воздействующих на частицу сил, благодаря чему она начинает перемещаться.

Ученые из университета Дошиша (Doshisha University), Киото, Япония, обнаружили, что для того, чтобы заставить микродвигатели действовать, совершенно не нужно использовать двусторонние покрытия, что с учетом их малых размеров является труднореализуемой с технологической точки зрения вещью. Они выяснили это, поместив крошечные сферы, изготовленные из чистой платины, в раствор перекиси водорода и наблюдали за их движением с помощью микроскопа.

Химические микродвигатели

Конечно, некоторые частицы двигались совершенно хаотично, но когда некоторая часть частиц сбилась в более крупные образования и эти образования начинали двигаться упорядоченным образом. Образования в форме капель двигались по прямой, образования, напоминающие ветряные мельницы, начинали вращаться, а образования, напоминающие бумеранг, двигались по круговой траектории. Создав специальную математическую модель, исследователи изучили распределение возникающих сил и поняли, что упорядоченные движения объясняются ассиметричностью возникающих сил, которая возникает из-за сложной формы.

В настоящее время исследователи пытаются приспособить разработанные ими микродвигатели к уже существующим микромеханизмам. А эти микромашины и микромеханизмы, в свою очередь, можно будет с успехом использовать для доставки лекарственных препаратов в необходимое место организма человека, для высокоточного управления процессами протекания различных химических реакций и даже для оказания влиянии на процессы, происходящие естественным путем внутри клеток живых организмов.