Новости химической науки > Микрокапилляры превращают коллоиды в сложные формы

Изготовление сложных микроскопических систем с предопределенной формой зачастую требует применения сложных методик, таких как литография. Однако исследователям из Польши удалось продемонстрировать, что, если должным образом подобрать условия, можно воспроизводимо получать коллоидные материалы, организованные в правильные формы.

Результаты их исследования могут привести к методам создания фотонных кристаллов, биологически подобных мембран и других трехмерных функциональных материалов.

В последнее десятилетие исследователи научились применять коллоидную химию для организации крошечных прочных строительных блоков, например, нанокристаллов полупроводников, в микроскопические системы. Однако, несмотря на успех, связанный с этими методами, такая сборка служит для формирования из жестких частиц ограниченного количества систем, геометрию которых можно контролировать, или же систем, форма которых не поддается контролю.

Рисунок из Phys. Rev. Lett. 2015, DOI: 10.1103/physrevlett.114.188302

Ян Гузовский (Jan Guzowski) и Пётр Гарстецкий (Piotr Garstecki) из Польской Академии наук (Варшава) продемонстрировали, что эти ограничения можно обойти, используя вместо жестких строительных блоков элементы из коллоидных систем.

Для образования трехмерных архитектур исследователи пропустили раствор углеводородов через микрокапилляр. Они вводили в микрокапилляр водный раствор таким образом, чтобы он формировал капли микрометрового размера, после чего смесь вода/масло направлялась в камеру, заполненную раствором перфторированных углеводородов, который улавливал многочисленные капли воды внутри капель неполярной жидкости.

Оказавшиеся в гидрофобном окружении капли воды образовывали крошечные структуры типа «оболочка-ядро», форму которых можно было воспроизводить, задавая форму микрокапилляра и скорость потока. Форма систем также зависит от числа капель воды в каждой неполярной капле, этот параметр задавался углом наклона микрокапиллярного устройства.

Помимо того, что с помощью новой методики капли можно формировать в различные трехмерные похожие на цветы структуры, капли также образовывали устойчивые надструктуры с неплотной упаковкой, среди которых были, например, линейные цепи – этот неожиданный результат исследователи связывают со способностью капель сжиматься, приближаясь друг к другу.

Цянь Чень (Qian Chen), специалист по коллоидным системам из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, отмечает, что способ взаимодействия капель друг с другом и возможность их деформации предоставляет гораздо большую вероятность образования сложных архитектур, чем сборка жестких частиц. Он добавляет, что помимо эстетики исследование открывает широкие перспективы в изучении двойных эмульсий и потенциально задает правила для дизайна материалов, похожих на живые ткани, состоящие из сходных по типу строительных блоков из коллоидных материалов.

Источник: Phys. Rev. Lett. 2015, DOI: 10.1103/physrevlett.114.188302

метки статьи: #коллоидная химия, #новые материалы