Новости химической науки > Реактивные микродвигатели на пузырьковой тяге

Исследователи из Германии разработали реактивные двигатели, которые управляются ферментом, способствующих образованию пузырьков кислорода при взаимодействии с топливом – пероксидом водорода.

Новые микроустройства могут двигаться в растворе в десять раз быстрее, чем похожие на них системы, в которых применяется катализ платиной, они могут применяться для приведение в действие систем для переноса полезной нагрузки.

Самуэль Санчес (Samuel Sanchez) с коллегами из Института Твердых Веществ и Материалов Лейбница (Дрезден) получили тонкие трубки из чередующихся тонких слоев титана и золота; к внутренней поверхности полученных трубок, состоящей из золота, был привит фермент каталаза (catalase) [1].

Фермент, нанесенный на золото, представляющую внутреннюю поверхность трубки, или платина способствуют разложению перекиси водорода и выделению пузырьков кислорода, толкающих микродвигатель вперед. (Рисунок из Adv. Funct. Mater., 2010, DOI: 10.1002/adfm.200902376)

Биологическая роль каталазы заключается в том, что она защищает клетки от токсического окислительного влияния пероксида водорода, разлагая его до кислорода и воды. Сансчес поясняет, что каталаза, нанесенная на внутреннюю поверхность микродвигателя, способствует интенсивному образованию пузырьков кислорода, которые начинают обеспечивать быстрое движение трубки вперед, позволяя большему количеству пероксидного топлива поступать в трубку с ее головной части.

Ранее исследователи уже сообщали о получении трубок из чередующихся слоев железа и платины [2]. Платина также может способствовать превращению пероксида водорода в воду и кислород, а железные слои трубок позволяют управлять «микроракетами» с помощью магнитного поля и перемещать модельные объекты, например, бусины из полистирола. Тем не менее, трубки с каталазой мощнее, им удается разогнаться до той же скорости, что и железо-платиновым, используя лишь одну десятую пероксидного топлива. Он добавляет, что исследователям уже почти удалось скомбинировать две концепции, получив управляемые магнитным полем трубки, в которых пероксид водорода разлагается действием каталазы.

Получение микроустройств, работающих с использованием низких концентраций пероксидного топлива, жизненно важно для всех приложений, обычно для применения в биологических системах. Санчес подчеркивает, что до настоящего времени в подобных системах всеми применялись токсичные растворы пероксида с концентрацией 10-15%; сейчас получается возможность применять 1.5% растворы перекиси водорода, и, хотя такая концентрация, еще опасна для клеток, уменьшение концентрации в десять раз является существенным прогрессом. Санчес добавляет, что в его целях разработка системы, топливом для которой был бы не пероксид водорода, а глюкоза, которую проще найти в биологических системах, и которая не токсична.

Том Малук (Tom Mallouk) из Университета Пенсильвании полагает, что работа Санчеса важна по целому ряду причин, например – «реактивное» движение за счет пузырьков кислорода позволяет избежать ряда проблем, связанных с микромоторами другого типа. Также Маллук высоко оценивает то, что исследователи коснулись интересной темы масштабирования микромоторов и реактивных двигателей, поясняя, что вряд ли пузырьковое реактивное движение возможно для каталитических систем, размеры которых меньше 1 мкм, однако трубки с привитым ферментом-каталазой длиной 25 мкм вполне могут оказаться работоспособными.

Источник: [1] J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.102/ja104362r; [2] Adv. Funct. Mater., 2010, DOI: 10.1002/adfm.200902376

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #новые материалы, #химия поверхности