​Ученые из Омска заставили одиночные звенья полимерных молекул самостоятельно объединяться в двумерные нанообъекты, которые физики называют "лестницей дьявола", из которых можно собирать структуры любой формы и размеров, сообщает РИА Новости. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review B

"Мы разработали инструментарий, который позволяет исследовать процессы самосборки на компьютере, не проводя сложные, долгие и дорогие эксперименты. Меняя всего один параметр, давление, мы можем получать разные фазы вещества. По сути, мы нашли способ делать треугольные кирпичи, из которых в будущем можно сделать что угодно в любых количествах", — рассказывает Павел Стишенко из Омского государственного технического университета, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.

Многие сложные объекты живой и неживой природы возникли не в результате каких-то осмысленных действий отдельных компонентов клетки или стихий, а благодаря феномену самоорганизации и самосборки. Главной движущей силой в этом процессе выступают законы физики и химии, заставляющие простые молекулы объединяться в сложные структуры для достижения равновесия

Ярким примером этого являются два типа биологических молекул – спирали ДНК и РНК, способные собирать себя, как выражается Стишенко, с атомной точностью, а также болезнетворные белки-прионы, способные копировать себя при попадании в клетки мозга и вызывающие болезнь Альцгеймера и прочие нейродегенеративные заболевания.

Ученые достаточно давно пытаются приспособить оба этих феномена для создания технологий, позволяющих конструировать наноматериалы с четко заданной структурой и свойствами, однако этому мешает то, что пока физики и химики не до конца понимают принципы, управляющие подобными процессами, что вынуждает их проверять большую часть таких идей экспериментальным путем. Это требует и большого количества денег, и времени.

Стишенко и его коллеги нашли способ избежать этих проблем и расходов, используя в качестве основы для подобных самособирающихся структур физический феномен, который ученые называют "лестницей дьявола".

Под этим словом в математике, химии и физике понимается структура, имеющая конечную длину, но бесконечное число "ступенек". В их роли  в данном случае выступают устойчивые комбинации полимерных нитей, в которые может объединяться большое, но не бесконечное число молекул. 

Относительно недавно, как отмечает физик, его команда выяснила, что подобную "чертову лестницу" можно создать, используя одиночные звенья полимерных молекул, объединенные в пары и прикрепленные к шестиугольной решетке, похожей по устройству на лист графена.

Молекулы полимера, как обнаружили ученые, могут прикрепляться к этим "сотам" двумя путями – вертикально и горизонтально, благодаря чему их комбинации образуют треугольники разных размеров и формы. Поскольку размеры треугольников могут быть любыми, есть бесконечное число способов "закрыть" ими поверхность листа, что и создает "лестницу дьявола".

Изначально, по словам авторов статьи, они проводили расчеты для температур, близких к абсолютному нулю, и поэтому они были не совсем уверены в том, что подобная структура останется стабильной в более реалистичных условиях, при температурах, близких к комнатной или хотя бы к тем, которые господствуют в Антарктике.

Для проверки этого они разработали компьютерную модель подобной "чертовой лестницы", которая подтвердила, что она не разрушится при повышении температуры, и помогла им выяснить, что процессом самосборки такой структуры можно легко манипулировать, меняя давление газа.

Как надеются физики из Омска, их открытие позволит создать технологии самосборки наночастиц произвольной формы и других конструкций, используя "чертову лестницу" и содержащиеся в ней треугольные "нанокирпичи".

Источники

В ОмГТУ заставили молекулы строить "лестницы дьявола"
Научная Россия (scientificrussia.ru), 15/03/2018

Похожие новости

  • 07/03/2018

    Омские ученые придумали, как создавать треугольные нанокирпичи

    ​Российские ученые из Омского государственного технического университета разработали метод самосборки атомов и молекул в двумерные нанообъекты, который в будущем позволит производить их в промышленных масштабах для множества разных задач.
    156
  • 24/10/2017

    Ученые ОмГТУ разрабатывают технологию передачи данных для удаленной связи в Арктике

    ​Специалисты Омского государственного технического университета (ОмГТУ) при поддержке Российского научного фонда (РНФ) разрабатывают технологию передачи коротких сообщений по радиоканалу для удаленной связи в Арктике.
    282
  • 14/03/2018

    Физики помогут нефтяникам добывать больше углеводородов

    ​Российские ученые в составе международной группы разработали алгоритм для расчета проницаемости горных пород по их 3D-изображениям. Программа поможет нефтяникам выбирать наиболее эффективные схемы разработки месторождений.
    128
  • 15/01/2018

    Российские ученые выяснили, как способ обработки полипропилена влияет на механические свойства конечного изделия

    ​Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ, выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия.
    222
  • 12/07/2017

    Робота-врача для военных создадут томские медики и инженеры​

    Ученые из НИИ кардиологии Томского национального исследовательского медицинского центра и Томского политехнического университета (ТПУ) планируют создать мобильного робота, который сможет оказывать первую медицинскую помощь пострадавшим в местах военных действий и ЧС.
    520
  • 07/11/2017

    ​Ученые ТПУ разрабатывают уникальную бронекерамику

    В Наноцентре Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ) разработали способ изготовления разнообразных функциональных изделий из прочной и ударновязкой нанокерамики, применив для прессования сухих нанопорошков пресс-формы специальной конструкции - ультразвуковые или коллекторные - вместо жидкофазных химических методов.
    294
  • 18/12/2017

    Ученые ТГУ синтезируют «скользкую» керамику

    Ученые лаборатории нанотехнологий металлургии Томского государственного университета (ТГУ) синтезируют "скользкую" керамику на основе отечественных компонентов.  Как рассказал инициатор проекта, старший научный сотрудник лаборатории Илья Жуков, уникальные свойства соединения бора, алюминия и магния несколько лет назад случайно обнаружили американские ученые.
    264
  • 21/02/2017

    Разработки ТПУ для имплантологии выходят на стадию клинических испытаний

    ​Биодеградируемые имплантаты Томского политехнического университета выходят на стадию клинических испытаний. Как сообщают ученые ТПУ, на стадии доклинических исследований эффективность томских изделий уже доказана, и сегодня некоторые биоразлагаемые имплантаты Томского политеха сегодня частично используются в медицинской практике в одном из ведущих ортопедических центров России - Центре Илизарова.
    1123
  • 28/08/2017

    Ученые ТУСУРа получили два патента на оригинальные изобретения

    ​Сотрудники научно-исследовательской лаборатории "Безопасность и электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств" (НИЛ "БЭМС РЭС") ТУСУРа разработали оригинальные конструкции климатической экранированной камеры и стола для биологических исследований.
    398
  • 15/03/2017

    Молодые ученые Красноярска создают «умные нанофильтры»

    ​Молодые ученые из России и Украины приехали в Красноярск для работы над инновационным проектом. Научный коллектив создает в лаборатории мембраны, способные разделять компоненты жидких смесей. Ученые уверены: такая технология может найти свое применение в металлургической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.
    699