РИА Новости 6 марта 2018

Физики из России заставили молекулы склеиваться в треугольные нанокирпичи

Фото: Fotolia / science photo
Ученые из Омска заставили одиночные звенья полимерных молекул самостоятельно объединяться в двумерные нанообъекты, которые физики называют "лестницей дьявола", из которых можно собирать структуры любой формы и размеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review B.
"Мы разработали инструментарий, который позволяет исследовать процессы самосборки на компьютере, не проводя сложные, долгие и дорогие эксперименты. Меняя всего один параметр, давление, мы можем получать разные фазы вещества. По сути, мы нашли способ делать треугольные кирпичи, из которых в будущем можно сделать что угодно в любых количествах", — рассказывает Павел Стишенко из Омского государственного технического университета, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.
Многие сложные объекты живой и неживой природы возникли не в результате каких-то осмысленных действий отдельных компонентов клетки или стихий, а благодаря феномену самоорганизации и самосборки. Главной движущей силой в этом процессе выступают законы физики и химии, заставляющие простые молекулы объединяться в сложные структуры для достижения равновесия.
Ярким примером этого являются два типа биологических молекул — спирали ДНК и РНК, способные собирать себя, как выражается Стишенко, с атомной точностью, а также болезнетворные белки-прионы, способные копировать себя при попадании в клетки мозга и вызывающие болезнь Альцгеймера и прочие нейродегенеративные заболевания.
Ученые достаточно давно пытаются приспособить оба этих феномена для создания технологий, позволяющих конструировать наноматериалы с четко заданной структурой и свойствами, однако этому мешает то, что пока физики и химики не до конца понимают принципы, управляющие подобными процессами, что вынуждает их проверять большую часть таких идей экспериментальным путем. Это требует и большого количества денег, и времени.
Стишенко и его коллеги нашли способ избежать этих проблем и расходов, используя в качестве основы для подобных самособирающихся структур физический феномен, который ученые называют "лестницей дьявола".
Под этим словом в математике, химии и физике понимается структура, имеющая конечную длину, но бесконечное число "ступенек". В их роли в данном случае выступают устойчивые комбинации полимерных нитей, в которые может объединяться большое, но не бесконечное число молекул.
Относительно недавно, как отмечает физик, его команда выяснила, что подобную "чертову лестницу" можно создать, используя одиночные звенья полимерных молекул, объединенные в пары и прикрепленные к шестиугольной решетке, похожей по устройству на лист графена.
Молекулы полимера, как обнаружили ученые, могут прикрепляться к этим "сотам" двумя путями — вертикально и горизонтально, благодаря чему их комбинации образуют треугольники разных размеров и формы. Поскольку размеры треугольников могут быть любыми, есть бесконечное число способов "закрыть" ими поверхность листа, что и создает "лестницу дьявола".
Изначально, по словам авторов статьи, они проводили расчеты для температур, близких к абсолютному нулю, и поэтому они были не совсем уверены в том, что подобная структура останется стабильной в более реалистичных условиях, при температурах, близких к комнатной или хотя бы к тем, которые господствуют в Антарктике.
Для проверки этого они разработали компьютерную модель подобной "чертовой лестницы", которая подтвердила, что она не разрушится при повышении температуры, и помогла им выяснить, что процессом самосборки такой структуры можно легко манипулировать, меняя давление газа.
Как надеются физики из Омска, их открытие позволит создать технологии самосборки наночастиц произвольной формы и других конструкций, используя "чертову лестницу" и содержащиеся в ней треугольные "нанокирпичи".
 Ещё 3 источника 
Комментарии
Читайте также
Обнаружены две похожие на Землю планеты
Роскосмос продолжит создание станции Gateway
Наночастицы вернули активность противораковой системе клетки
Открыли охотящихся на рыб богомолов
Последние новости
Хитрый план провалился: ГРУ не смогло спасти Британию
Пожилая американка из мести поймала и убила трехметрового аллигатора
США признали, что не могут остановить поток миллиардов в Россию