Mikro-miljømæssige påvirkninger på kunstige mikromotorer

Ved at høste energi fra deres omgivende miljøer, partikler kaldet 'kunstige mikromotorer' kan drive sig selv i bestemte retninger, når de placeres i vandige opløsninger. I den aktuelle forskning, et populært valg af mikromotor er den sfæriske 'Janus-partikel' - med to adskilte sider med forskellige fysiske egenskaber. Indtil nu, imidlertid, få undersøgelser har undersøgt, hvordan disse partikler interagerer med andre objekter i deres omgivende mikromiljøer. I et eksperiment detaljeret i EPJ E , forskere i Tyskland og Holland, ledet af Larysa Baraban ved Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, vise for første gang, hvordan Janus-partiklernes hastigheder relaterer sig til de fysiske egenskaber af nærliggende barrierer.

Holdets opdagelser kan hjælpe forskere med at konstruere mikromotorer, som kan krydse meget komplekse biologiske miljøer. Disse partikler ville vise sig at være uvurderlige til banebrydende medicinske teknikker, herunder lægemiddellevering og nano-kirurgi. I deres undersøgelse, Baraban og kolleger forberedte to typer Janus-sfære:den første med en negativt ladet overflade, Sekundet, med en positivt ladet belægning. Når det placeres i deioniseret vand, begge typer genererede en ionkoncentrationsgradient, og drev sig selv i modsatte retninger. I nærheden, forskerne anbragte også et glassubstrat med en række ladningstætheder. Når både substrat og partikelbelægning havde ens ladninger, de negative partikler drev sig væk fra overfladen med varierende hastigheder.

Til positivt ladede substrater og partikelbelægninger, Barabans hold fandt, at disse hastigheder viste en positiv korrelation med substratets ladningstæthed. Ifølge forskerne, denne adfærd opstod, da kemiske reaktioner på de positivt ladede belægninger skabte deres egne ionkoncentrationsgradienter i den omgivende væske. Denne genererede 'osmotiske' strømme langs det ladede substrat, hvilket får Janus-partiklen til at accelerere. Opdagelsen er et afgørende skridt fremad i vores forståelse af, hvordan selvkørende partikler påvirkes af det omgivende mikromiljø. Med yderligere forskning, dette kan snart gøre det muligt for forskere at konstruere Janus-partikler med bestemte hastigheder og retninger, gør dem bedre egnede til at navigere i komplekse miljøer.