Хіміки з Університету Гонконгу розробили мікрочастинки, здатні самостійно переміщатися в середовищі хімічного палива, орієнтуючись при цьому на джерела світла. За словами вчених, на створення подібних об'єктів їх надихнули зелені водорості, також здатні рухатися у напрямку до світла. Серед можливих застосувань подібних мікропловців - адресна доставка ліків і неінвазивна хірургія. Дослідження опубліковано в журналі.
Мікропловці (microswimmer) - хімічно активні частинки (як правило, каталізатори), здатні самостійно рухатися, потрапивши в середовище, що містить хімічне паливо. Прикладом можуть послужити мікроракети - порожні трубки, вкриті зсередини паладієм або платиною. Металеві наночастинки відіграють роль каталізаторів розкладання перекису водню на воду і кисень, в результаті чого всередині трубок утворюються бульбашки газу. Вони викидаються з одного кінця трубки, граючи роль реактивного струменя, і тим самим змушують «мікроракету» рухатися вперед.
Найпростіші мікроплавці не можуть контролювати напрямок свого руху. Для того щоб керувати їх переміщенням, необхідно ускладнити їх структуру, наприклад, додати магнітний матеріал - тоді частинки стануть чутливі до магнітного поля. Автори нової роботи знайшли спосіб зробити чутливих до світла мікропловців, що рухаються, створюючи навколо себе електричне поле.
Мікрочастинки, створені хіміками, складаються з двох частин: «тулуба» з 11-мікронного кремнієвого стрижня і «голови» - шапки з голок діоксиду титану, що покриває трохи менше половини поверхні «тулуба». На кремнієвий стрижень були нанесені наночастинки платини. Вчені виростили на кремнієвому монокристалі «ліс» з мікропловців за допомогою хімічного цькування і гідротермальних методів. Потім частинки відділяли від підкладки і використовували в експериментах.
Потрапляючи в розчин, що містить перекис водню або гідрохінон, мікроплівці запускали ряд фотохімічних реакцій (що вимагають для протікання світла). «Голова» частинки викликала окислення перекису з утворенням в розчині позитивно заряджених протонів і молекулярного кисню. «Хвостова» частина відновлювала перекис і формувала негативно заряджені гідроксид-іони. В результаті навколо мікропловця виникало електричне поле. У результаті взаємодії зарядів у частці з полем об'єкт починав рухатися.
Вчені перевірили, що рух запускається саме електростатичним полем. Для цього хіміки поміняли поверхневий заряд частинки. У той час як звичайні мікропловці рухалися «хвостом» вперед, частинка з поводженим зарядом рухалася вперед «головою».
Крім того, асиметричність форми мікропловців дозволила зробити їх чутливими до місця розташування джерела світла. Через те що велика «голова» плавця кидала тінь на частину активної поверхні, електричне поле було не однорідним: кількість позитивних зарядів з освітленого боку частинки була більшою, ніж у тіні. Це змушувало частинку розвертати «голову» в бік від джерела світла.
Вчені зазначають, що поведінка мікропловців нагадує собою поведінку одноклітинних зелених водоростей. Це вдалося продемонструвати в експерименті. Хіміки припускають, що фоточутливі частинки зможуть знайти застосування в адресній доставці ліків. Сучасні оптичні техніки дозволяють точно сфокусувати світло в певній області тканин, куди мікроплівці зможуть доставити необхідні речовини.