Материалы-"такси" из наночастиц могут находить, собирать и транспортировать мусор на поверхностях
Полимерные учёные под руководством Тодда Эмрика из Массачусетского университета в Амхерсте разработали новые носители на основе стабилизированных полимером капель. Эти носители могут распознавать и инкапсулировать наночастицы для транспортировки в клетке, выполняя функцию «подобрать и доставить». Работа вдохновлена белками, способными распознавать опасные микробы и мусор, а затем поглощать их для уничтожения, и представляет собой первую успешную адаптацию этого биологического процесса в контексте материалов.
Как объясняет Эмрик, эти носители действуют как «такси» для наночастиц: находят частицы на одной поверхности, распознают их состав, забирают и затем доставляют на другую поверхность. Работа вдохновлена сложной биологической машинерией, работающей in vivo, например, остеокластами и остеобластами, которые регулируют плотность кости путём отложения и удаления материала. Учёные воспроизвели это с гораздо более простыми компонентами: масло, вода и полиолефины. Подробности опубликованы в Science Advances.
Это первая демонстрация транспортировки или перемещения наночастиц с поверхности на поверхность. Разработка таких методов может стать исключительно полезной неинвазивной техникой для переноса свойств наночастиц (химических, оптических, магнитных или электронных) с одного материала на другой.
Этот процесс отличается от обычной очистки. Инкапсуляция и высвобождение наночастиц представляют собой потенциальный путь для эффективного транспорта материалов и/или процессов рециклинга.
Дизайн материалов, имитирующих сложные биологические функции, открывает перспективы для перевода эффективности и специфичности клеточных процессов в простые, «умные» синтетические системы. Будущие применения могут включать:
- Содействие адгезии клеток (необходимо для поддержания многоклеточных структур).
- Доставку лекарств.
Экспериментальная система использовала гидроксиапатит — структуру, богатую фосфатом кальция, которая напоминает основной состав кости. Учёные оценили эффективность сбора в различных экспериментальных условиях и попытались установить универсальность метода, используя различные неорганические и пластиковые субстраты. Сбор был плохим с определённых поверхностей, что позволяет предположить: «состав субстрата может быть использован для регулирования степени сбора наночастиц».
Проект, поддержанный Управлением фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США, также отражает «атомно-эффективный» метод очистки и ремонта материалов. Благодаря своей простоте и сохранению материала, атомная эффективность является важной концепцией в подходе «зелёной химии» к производству продуктов.