Группа исследователей совершила значительный прорыв в изучении взаимодействия полимерных микрогелей на поверхности воды. Оказалось, что форма частиц играет ключевую роль в их поведении. Круглые частицы при контакте с водой приобретают форму линз и не образуют организованных структур. В то время как удлиненные частицы способны формировать сложные и элегантные узоры. Это открытие открывает новые перспективы для создания инновационных лекарственных форм и поверхностно-активных веществ нового поколения.
Микрогели представляют собой уникальные полимерные структуры, набухающие в растворителе и объединяющие свойства макромолекул с характеристиками нано- и микрочастиц. Их удивительная способность к самоорганизации проявляется как в растворах, так и на поверхности жидкостей. Особенно интересна их термочувствительность в водной среде, позволяющая управлять размерами частиц и конфигурацией образуемых комплексов путем изменения температуры. Такие свойства открывают широкие возможности для разработки инновационных материалов и систем направленной доставки лекарств.
Международная команда ученых из МГУ имени М.В. Ломоносова в сотрудничестве с немецкими коллегами провела углубленное исследование микрогелей особой конструкции. Их структура включает полистирольное ядро, окруженное оболочкой из поли(N-изопропилметакриламида).
По словам руководителя исследования Игоря Потемкина, профессора РАН, выбор материалов не случаен. Поли(N-изопропилметакриламид) обладает замечательной способностью растворяться в воде при комнатной температуре и терять эту способность при нагревании. Полистирольное ядро при нормальных условиях твердое, но становится пластичным при повышении температуры, что позволяет создавать частицы различной формы с сохранением заданной конфигурации после охлаждения.
Ученые разработали микрогели различной геометрии — от идеально круглых до сильно вытянутых, где длина превышает ширину в восемь раз. Для изучения их поведения использовали как практические эксперименты, так и передовое компьютерное моделирование, что позволило детально исследовать структуру и форму частиц на границе воды и воздуха.
Результаты исследования оказались впечатляющими. В то время как круглые микрогели демонстрировали простое поведение без образования сложных структур, вытянутые частицы создавали удивительные геометрические композиции. В зависимости от степени удлинения они формировали треугольные конфигурации или разветвленные структуры, где частицы выстраивались параллельно друг другу. Это явление объясняется усилением капиллярного эффекта у продолговатых частиц, влияющего на поверхностное натяжение воды в точках соприкосновения с микрогелем.
Профессор Потемкин с оптимизмом смотрит в будущее: «Наши открытия создают фундамент для разработки инновационных двумерных материалов и микроскопических реакторов на основе полимерных микрогелей. В дальнейшем мы планируем расширить исследования, изучая влияние химического состава и размеров микрогелей на их организацию на границе несмешивающихся жидкостей».
Эти передовые исследования, поддержанные грантом РНФ, открывают захватывающие перспективы для развития новых технологий в области медицины и материаловедения.
Информация предоставлена пресс-службой Российского научного фонда
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
