Исследователи Национальной Лаборатории Беркли министерства энергетики США, обнаружили простой, но, тем не менее, очень надежный способ заставить наночастицы самостоятельно собираться в комплексные структуры.

Добавляя специальные виды малых молекул к смеси наночастиц и полимеров, исследователи имеют возможность управлять самоорганизацией наночастиц и формировать одно-, двух- или даже трехмерные структуры без каких-либо изменений в химическом строении участвующих компонентов. Кроме этого, можно использовать внешние факторы, такие как свет и/или тепло, для получения более совершенных и сложных структур.

Нами продемонстрирован простой и одновременно универсальный подход, позволяющий точно контролировать пространственное распределение легкодоступных наночастиц в диапазоне от нано до макро», — говорит Тин Ксу, руководитель проекта. – Нашу технологию можно применить к множеству наночастиц, она должна открыть новые способы изготовления устройств из наноматериалов, включая высокоэффективные системы генерации и накопления солнечной энергии».

Тин Ксу (справа) со своей группой исследователей

Наночастицы проявляют очень полезные свойства, нехарактерные для макроскопических материалов — оптических, электронных, магнитных и т. д. Кроме того они склонны к самоорганизации создавать комплексные структуры и соблюдая иерархию, подобно тому, что природа обычно совершает с белками.

Точный контроль за пространственным расположением наночастиц и других наносистем — это ключ к созданию нового поколения технологически важных материалов, — отмечает Ксу. — Большинство ранее используемых методов предполагали модификацию поверхности».

Раньше чтобы инициировать самоорганизацию наночастиц с высокой точностью применяли ДНК, но этот метод успешно работал только на ограниченных в размерах структурах и был неэффективен при большом количестве материала. По предположению Ксу, лучшим вариантом является использование блоксополимеров — длинных последовательностей или «блоков» однотипных молекул-мономеров, ограничивающих блоки другого типа.

Блоксополимеры легко самоорганизуются в строгие наноструктуры на макроскопическом масштабе. Они станут идеальной платформой для управления организацией наночастиц, за исключением химически несовместимых компонентов», — говорит Ксу.

Самосборка частиц
сульфида свинца

Для осуществления взаимодействия молекул необходим посредник. Таким посредником, как обнаружили Ксу и ее команда, является определенный вид малых молекул, которые, соединяясь с наночастицами, способны «склеивать» их друг с другом. В своем исследовании ученые использовали два типа малых молекул, обозначенные ими PDP и OPAP, приводимые в действие теплом (PDP) и светом (OPAP).

Прелесть этого метода в том, что он обходится без сложной химии», — говорит Ксу. «Это настоящая plug-and-play технология, в которой вы всего лишь смешиваете наночастицы с блоксополимерами и добавляете необходимые вам малые молекулы. Смешайте основные компоненты — наночастицы, полимеры и малые молекулы — подействуйте на смесь с помощью тепла, света и других факторов, и эти компоненты образуют сложные структуры или системы. Это похоже на то, как делает сама природа».