Исследователи из США предложили новую методику для «ремонта» поверхностей в наномасштабе с использованием масляного раствора, в который включены микрокапсулы, наполненные наночастицами. При использовании этой методики частицы из раствора могут скользить вдоль поверхности, задерживаясь в местах, где есть трещины или выбоины, и «ремонтируя» их с помощью наночастиц. По мнению ученых, технология может иметь множество полезных применений, как в научных исследованиях, так и в промышленности, поскольку методика позволяет покрывать веществом не всю поверхность, когда лишь небольшая часть ее повреждена.

Кроме того, методика может использоваться для обнаружения дефектов на поверхности путем нанесения на подозрительные участки специального раствора-датчика.

Рис. 1. Схематическое изображение предложенной методики «ремонта» поврежденных поверхностей с помощью наночастиц, заключенных в полимерные капсулы.

Идея этой методики родилась у ученых из University of Massachusetts и University of Pittsburgh (США) под воздействием описаний естественных биологических процессов в организме, использующих такие структуры, как лейкоциты, для поиска, выявления и лечения поврежденных и больных тканей. Кроме того, известно, что лекарства в медицине, в том числе и от раковых заболеваний, обычно инкапсулируются, чтобы они имели возможность проникать в первую очередь именно в поврежденные клетки, не затрагивая окружающие здоровые ткани.

Проект группы ученых начался с теоретической модели, компьютерное моделирование которой предсказало, что,

если наночастицы заключить в микрокапсулы определенного типа, выполняющие функцию зонда, они могут быть «выпущены» в определенных участках поверхности, имеющих повреждения.

По мнению ученых, эта особенность связана с тем, что характеристики повреждения (а именно топография, свойства увлажнения, шероховатость и химические свойства) обычно существенно отличаются от характеристик ровной поверхности.

После теоретических исследований был поставлен эксперимент. Для этого ученые использовали поверхностно-активный полимер, стабилизирующий капли масла в воде, внутрь которого были инкапсулированы наночастицы селенида кадмия. Стены капсулы получились достаточно тонкие (толщина их была сравнима с размерами включенных внутрь наночастиц), поэтому при необходимости наночастицы могли быть высвобождены из капсулы.

Ученые обнаружили, что, благодаря гидрофобным взаимодействиям между наночастицами и трещинами, капсулы вращаются и перемещаются вдоль поверхности, выборочно выпуская свое содержимое в зоне повреждений. На эксперименте ученые легко наблюдали как положение капсул, так и положение микрочастиц, поскольку селенид кадмия флуоресцирует при освещении лампой дневного света.

По мнению исследователей, новая методика может существенно уменьшить количество материалов, необходимых при ремонте поврежденных поверхностей или образцов, поскольку представляют собой способ отказаться от покрытия веществом всей площади поверхности. Ученые считают, что методика может пригодиться в широком спектре отраслей, от авиастроения до создания биологических имплантов.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

В ближайшем будущем ученые планируют показать, как при помощи управления свойствами раствора и «ремонтных» наночастиц можно восстановить механические и другие свойства исследуемой поверхности.