Новый тип самосборки коллоидных частиц
25.02.2009 08:18
Каждый нанотехнолог знает, что самосборка - это очень хорошо . Особенно интенсивно в последнее время изучается самосборка сферических коллоидных частиц. С одной стороны, маленькие шарики, плавающие в растворе, являются довольно простым объектом, с другой - посредством определенных воздействий из них можно создавать очень сложные и интересные структуры .
Исследователи из США обнаружили новый тип самосборки сферических частиц в магнитной жидкости за счет магнитостатических взаимодействий.
Суть явления состоит в следующем. Ученые использовали два типа полимерных коллоидных частиц. Первые (крупные) содержали в себе некоторое количество суперпарамагнитных включений и в магнитном поле вели себя как суперпарамагнетики (частицы Dynabeads широко применяются для разделения биологических объектов). Вторые (маленькие) подобной добавки не имели и проявляли диамагнитное поведение. Размеры частиц варьировались от 0.2 до 10 мкм. При помещении смеси таких частиц в магнитную жидкость (взвесь 10 нм частиц Fe 3 O 4 в воде) и приложении магнитного поля частицы второго типа выстраивались в кольцо по экватору первых (на рисунке справа).
Дело всe в том, что магнитный момент первых частиц стремится выстроиться вдоль направления внешнего поля. Вторые же представляют собой немагнитные полости в магнитной жидкости, и их эффективный магнитный момент, таким образом, направлен в другую сторону, а они сами будут стремиться оказаться в тех местах, где магнитное поле минимально, т.е. на экваторе первых. Соответственно, если маленькие частицы будут тоже парамагнитны, то они соберутся там, где поле максимально (на рисунке слева).

Протекание процесса и вид формируемых структур зависят от концентраций коллоидных частиц обоих типов и наночастиц Fe 3 O 4 , от соотношения размеров частиц, а также от величины магнитного поля. Структуры образуются при достижении некоторого значения внешнего магнитного поля и распадаются при его отключении. Однако связывание частиц можно сделать необратимым, если модифицировать их поверхность химически взаимодействующими лигандами (например, стрептавидином и биотином). Подобный подход позволяет создавать множество и более сложных структур.

Работа "Magnetic assembly of colloidal superstructures with multipole symmetry" публикована в журнале Nature .

Потрясающие видео-ролики из жизни коллоидных частиц можно посмотреть здесь .