Что приходит Вам в голову, когда Вы слышите слово «пушка»?! Наверное, что-то массивное с большой разрушительной силой. Но что, если Вы услышите «микро-пушка»? …
Перед самым закатом 2015 года в престижном научном журнале ACSNano вышла необыкновенная статья. Да не просто статья, а целая совершенно невероятная история о микропушках и микробаллистике!
По традиции, Рождество – сказочное время, когда все ждут чего-то особенного и необычного. Видимо, коллектив авторов работы, о которой пойдёт речь чуть ниже, подумала точно также и решила опубликовать свою статью аккурат перед католическим Рождеством.
Но давайте обо всём по порядку. Учёные из Испании, Мексики и США изготовили массив конических «микропушек», которые способны стрелять «наноядрами» диаметром 1 микрометра, что в сотню раз меньше человеческого волоса.
Сами микропушки изготовлены из графена и золота и помещены в полимерную матрицу-носитель (см. рисунок ниже). При желании они могут быть освобождены и переведены, например, в суспензию за счёт растворения этой полимерной матрицы. Вместо пороха в них используется перфтороуглерод (perfluorocarbons, PFC), который под воздействием ультразвука эффективно переходит в парообразное состояние. А дальше, как в обычной пушке, образовавшийся пар толкает сферическое ядро (в данном случае из диоксида кремния).
(A) Схема создания микропушки. (B) Принцип работы микропушки при воздействии ультразвука: PFC переходит в пар и выталкивает наноядра. (С) Микропушка до и после выстрела. Масштабная метка – 20 микрон
Для того чтобы отследить траекторию полёта наноядра, а также показать распространение «выхлопных» газов, ядра и «пороховой заряд» из PFC подкрасили флуоресцентной краской. После выстрела над поверхностью подложки стелется пар флуоресцирующего PFC, а ядра улетаю с довольно приличной скоростью – до 40 м/с.
Видео «стрельб» можно посмотреть на сайте издательства.
Микрофотографии «стельб» наноядрами из микропушки. (А) Вид сверху. (B) Вид сбоку. Масштабная метка – 20 микрон
В принципе, такая пушка может быть загружена не только одним ядром, но сразу несколькими – практически, как микроскопический дробовик.
Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа: (A) загрузка разного количества наноядер, (B) матрица с микропушка до (слева) и после (справа) «выстрела» с помощью ультразвука. Масштабная метка — 1 микрон
И напоследок, самое главное, казалось бы, как такая «игрушечная» работа могла попасть на страницы уважаемого издания?! Однако этот вопрос отпадает, если мы взглянем на сферу применения данного «изделия» – оригинальная система доставки лекарств и борьбы с раковыми опухолями, например. Ведь на сегодняшний день одна из основных проблем, связанная с лечением рака, заключается в том, как уничтожить поражённые ткани и не затронуть при этом живые. Ответ – применение таких массивов микропушек или их суспензий. Как отмеают авторы работы микропушки будут особенно эффективны, если их снабдить магнитными наконечником для наводки орудия на цель.
Оригинальная статья «Acoustic Microcannons: Toward Advanced Microballistics» опубликована в ACSNano (DOI: 10.1021/acsnano.5b07080).
TimID
Вот это, чёрт возьми, и есть нанотехнологии. А не то, что наши «нанокраски и наномороженное». Аж прям зависть берёт… Белая.
А «нано» не потому, что атомарные размеры, а потому — что устройство находится за размерными пределами «механического» конструирования — нельзя «собрать и управлять пинцетом»…
Хотя такая пушка сама может стать таким «пинцетом»…
Tiberius
Если быть точным, то не нано, а микро-ядра, но из
песни— пардон, не отошёл ещё от гуляний — статьи слов не выкинешь, поэтому как в оригинале micro-cannon и nano-bullets.В принципе, ядрами можно управлять пинцетом… правда оптическим.
TimID
Я о названии журнала больше высказался — ASCNano.
И пушка именно «нано». Так считают сами авторы. Посмотрите на иллюстрацию — Nanobullet'ы всякие.
Как я уже написал, исторически «нанотехнологией» считалась та, продукт которой нельзя было создавать через «механические» устройства с «рычагами и шестерёнками». Например, оперировать десятыми микрометра при подгонке деталей — мы можем «вручную». Это сейчас «размеры макромира».
А вот сделать трубку диаметром 20 мкм, да ещё наполнить её взрывчаткой и снарядами — нет.
dreamerchant
Я категорически не соглашусь, на сегодняшний день мы можем манипулировать отдельными атомами некоторых элементов с помощью зонда атомно-силового микроскопа. И можем построить, таская их туда-сюда, все, что угодно, но это долго и неинтересно.
Нанообъектами называются все объекты, размер которых (хотя бы по одному из измерений) попадает в нанометровый диапазон. И все. Километровая нанотрубка — нанообъект. Пленка мыльного пузыря, липидная мембрана клетки — тоже.
То, что вы описываете, это самосборка и самоорганизация. И опять таки, коллоидная химия имеет дело с такими объектами чуть чаще, чем всегда при мицеллообразовании в ПАВ и про наношто-то не заикается, потому что это динамические объекты. Только после сшивки мицеллы начинают говорить о нанообъекте. Но это уже больше про техпроцесс получения, если бы их можно было получить простым истиранием, без самосборки, то пожалуйста.
Штука в том, что у наночастиц иногда появляются совершенно уникальные свойства, которые отсутствуют у более крупных частиц. Например, они с фотонами и электронами по-другому взаимодействуют. Как люминофор из ядра и оболочки CdS/ZnS, проводимость графена. Это уже атомные эффекты, связанные с шириной запрещенной зоны в полупроводниках, вот это вот все. Или отсутствие дефектов и дисклинаций в углеродной нанотрубке, что делает ее поразительно прочной на разрыв.
В статье ядра — 1 микрон, то есть тысяча нонометров, многовато, а все остальное еще больше, уникальных свойств у таких частиц уже нет, они и не описаны. Притянуто за уши, но очень интересно и красиво, поэтому в журнал приняли.
Tiberius
Несколько комментариев, не срача ради, просто немного подкорректировать, если позволите:
Ой, далеко не всё. К сожалению, СЗМ не умеет создавать межатомные связи для конструирования молекул.
На счёт ПАВ, в частности, и коллоидной химии в общем, так как раз ей я и занимаюсь — а что изволите делать вот с такой коллоидной химией (гляньте видео в Supporting information)?! Куда её-то отнести?!
Поэтому я бы сказал так: исторически коллиодная химия зародилась много раньше всех этих «нано», но по сути это те же пресловутые «нанотехнологии».
dreamerchant
Само собой. Пушка и ядра из статьи и на ВДВ силах удержатся.
Вы работаете с наночастицами от начала и до конца. Из коллоидной химии у вас же там только граница раздела фаз (а она всегда есть, с сосудом или газом над жидкостью) и полислоистая структура из наночастиц на ней. И вы видите, что с наночастицами что-то происходит невооруженным глазом по изменению их цвета.
dreamerchant
Но да, у вас там задействована большая часть аппарата коллоидной химии и теория, чем-то напоминающая эмульсионную полимеризацию. Но изучаете то вы наночастицы золота и их пленки нанотолщины, а авторы этой статьи — нет.
darkfrei
А какой толщины стенки этой пушки?
Tiberius
К сожалению, в статье это напрямую не указывается, но судя по представленным фотографиям — порядка сотни нм.
VIK52
dreamerchant
Сотни — не тысячи.