Ученые немного прояснили теорию явления кластеризации частиц

Схематическое изображение

Схематическое изображение "живых" кластеров, сформированных активными частицами (цветом показаны отдельные кластеры). (кликните картинку для увеличения)

15.12.2013 (20:09)
Просмотров: 1454
Рейтинг: 0.00
Голосов: 0

Теги:
кластер, кластеризация, наночастица,
Технология >> Нанотехнология






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Частицы, свободно движущиеся в жидкости, к примеру, бактерии или иные частицы, приводимые в движение химическими реакциями, могут организовываться в различные объекты, к примеру, кластеры фиксированного размера или постоянно растущие объединения. Причины выбора того или иного варианта поведения в последние месяцы обсуждались в Physical Review Letters и Physical Review E исследователями, пытающимися представить наиболее точный вариант компьютерного моделирования поведения частиц. Хотя на эту тему было несколько публикаций, особое внимание следует уделить работе ученых из Испании. По их мнению, итоговое поведение частиц зависит от баланса противостоящих сил. Регулируя эти силы в искусственных системах, в будущем можно будет создавать «самособирающиеся» материалы, которые могут ремонтироваться с помощью собственных микроскопических компонент.

Так называемые «активные» частицы довольно часто встречаются в живом мире. Яркие примеры – это «груз», перевозимый по белковым нитям в живых клетках с помощью молекулярных моторов. Не так давно исследователи предложили способ создания подобных микроскопических частиц в лаборатории. Для этого они присоединяют моторные белки к поверхности искусственных частиц или проводят наночастицы через раствор воздействием химических реакций. Как считают ученые, в перспективе точное описание коллективного поведения таких активных частиц поможет лучше понять, как в клетках образуются столь утонченные структуры, как, звездные скопления нитей, участвующих в клеточном делении, и т.п. Возможно, такое понимание позволит предложить новые способы создания полезных структур в микромасштабе.

В некоторых предыдущих работах ученые показали, что активные частицы могут образовывать кластеры, размеры которых увеличиваются, пока не достигают определенного масштаба. Эти кластеры принято называть «живыми», поскольку частицы постоянно присоединяются и, наоборот, отсоединяются от них, в то время, пока средний размер кластера остается неизменным. Надо отметить, что, в отличие от активных частиц, агрегация обычных коллоидных частиц, как правило, протекает без ограничения по масштабу (к примеру, когда частицы выпадают в осадок из воды).

Однако «живой» коллоид образуется не всегда. Некоторые исследования показывают, что активные коллоиды могут агрегировать в одно плотное скопление, которое растет непрерывно. С другой стороны, эксперименты с бактериями показали, что «активность» частиц вполне может подавить агрегацию.

Ряд предшествующих работ объясняет образование «живых» кластеров с силами притяжения между частицы или самим движением частиц, которое толкает их к объединению. Чтобы выяснить, нет ли более общих механизмов у подобных процессов, группа ученых из University of Madrid (Испания) воспользовались методиками компьютерного моделирования, чтобы наблюдать различные виды активных частиц.

Первая исследованная учеными система имитировала активные за счет химической реакции металлические частицы, между которыми присутствовала сила притяжения. В другой системе не было задано никаких сил взаимодействия между частицами (кроме упругого столкновения), но движение обеспечивало их агрегацию после того, как отдельные частицы подходили друг к другу на определенное расстояние. Несмотря на противоположные условия, обе системы образовывали «живые» кластеры (но только в том случае, если концентрация частиц не была очень высокой).

По результатам анализа, ученые высказали предположение, что в кластеризации ключевую роль играет баланс между силами взаимодействия частиц (притяжения или отталкивания) и самодвижением. Этот же баланс определяет размеры кластера.

Хотя точный механизм регулирования размеров кластеров еще предстоит уточнить, опубликованная работа несет в себе большие перспективы. Одной из причин продолжения исследований в области активных коллоидов является надежда на создание материалов с новыми динамическими свойствами.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное





Rambler's Top100