Международная научная группа, возглавляемая сотрудниками Кембриджского университета, опробовала новую методику получения нанопористых материалов (кратко о ней мы уже писали).

Предложенная технология основана на давно известном явлении осмотического разрыва фосфолипидных слоёв, которое можно наблюдать на примере клеток или везикул. Суть процесса состоит в том, что биологические оболочки — полупроницаемые мембраны — разрушаются под действием давления, стремящегося уравнять концентрации отделённых друг от друга растворов. Чтобы избежать этого, лекарственные препараты, предназначенные для введения в кровь, подготавливают в растворе с некоторым содержанием хлорида натрия; если бы препараты растворяли в воде, осмотическое давление, заставляя жидкость проникать в клетки крови, вызывало бы их разрыв.

Для новых экспериментов были созданы матрицы из полистирола с включёнными в них сферическими частицами полиметилметакрилата (ПММА). Готовые образцы облучались ультрафиолетом, после чего ПММА разлагался на олигомеры. Затем матрицы помещали в ледяную уксусную кислоту, проникавшую вглубь образцов.

Рис. 1. Механизм образования пор под действием осмотического давления. Уксусная кислота постепенно продвигается вглубь образца и вызывает деформацию частиц ПММА, причём первый слой сфер легко прорывает верхнюю тонкую часть оболочки. Сферы, лежащие ниже, защищены более мощным слоем полистирола, а потому и деформируются сильнее, принимая вытянутую форму. Вскоре полистирольная защита становится уязвимой, и частицы разрушаются, а их компоненты выходят наружу через расположенные выше поры. (Иллюстрация авторов работы).

Когда уксусная кислота добиралась до очередного слоя сферических частиц, они увеличивались в размерах, деформировались и разрушались. В результате удерживаемые в матрице составляющие ПММА постепенно выходили наружу, оставляя после себя поры.

При создании структур такого типа можно, разумеется, использовать и другие исходные материалы. В отдельной серии опытов было показано, что нанопористые плёнки хорошо подходят для изготовления тонких фильтрующих мембран и электродов светоизлучающих приборов.

Рис. 2. Срез нанопористой плёнки под микроскопом (иллюстрация авторов работы).

Результаты исследований опубликованы в статье:

Paul Zavala-Rivera, Kevin Channon, Vincent Nguyen, Easan Sivaniah, Dinesh Kabra, Richard H. Friend, S. K. Nataraj, Shaheen A. Al-Muhtaseb, Alexander Hexemer, Mauricio E. Calvo & Hernan Miguez Collective osmotic shock in ordered materials. – Nature Materials. – 11. – P.~53–57 (2012); doi:10.1038/nmat3179; Published online 27 November 2011.