В отличие от растворов, состоящих из дискретных молекул, коллоидные растворы состоят из крупных частиц, диспергированных в жидком растворителе. Эта необычная структура придает коллоидам уникальные свойства, такие как броуновское движение (случайное зигзагообразное движение частиц при столкновении с молекулами дисперсионной среды), электрофорез (однонаправленное движение частиц под действием электрического тока) и оптические свойства, такие как Эффект Тиндаля (свет, попадая в коллоид, рассеивается и выходит другим цветом). Именно из-за таких свойств коллоиды так часто встречаются в повседневной жизни; но особый интерес представляет одно свойство: самосборка.
Самосборка относится к способности частиц коллоида спонтанно образовывать своего рода стабильную структурную структуру в результате формы и направления частиц коллоида, когда они взаимодействуют с диспергирующей средой. Хотя никаких внешних сил не требуется, самосборка обычно происходит в ответ на изменение факторов окружающей среды, таких как температура, свет и т. Д. В биологических коллоидах, таких как ДНК, белки и другие макромолекулы, самосборка обычно является первым шагом. к самоорганизации, лежащей в основе многих клеточных структур. Но с технологической точки зрения самособирающиеся коллоиды могут иметь широкий спектр применений, что послужит стимулом для многих исследований в этой области.
Но как насчет самосборки двух или более видов разных коллоидов? Этим вопросом занимается группа Джузеппе Фоффи в EPFL, работающая в сотрудничестве с группой Эрики Эйзер в Кембриджском университете. Ученые показали, что, когда взаимодействия между частицами двух разных коллоидов тщательно продуманы, они приводят к образованию новых структур. В частности, они открыли способы получения самособирающихся структур, которые сильно зависят от изменений температуры.
Джузеппе Фоффи говорит: «В каком-то смысле у новых структур есть« память »об истории их подготовки».Используя покрытые ДНК коллоиды, группа Эрики Эйзер смогла контролировать процесс самосборки между двумя разными коллоидными видами. Флуоресцентные полистирольные сферы были покрыты различными нитями ДНК (придавая им «волосатый» вид), которые действовали как средство взаимодействия частиц и могут использоваться для характеристики различных видов.
Преимущество использования цепей ДНК состояло в том, что взаимодействия между частицами можно было программировать с использованием совместимости последовательностей ДНК. Еще одно очень интересное свойство — их способность реагировать на резкие изменения температуры, предлагая высокую степень специфичности и программируемости. Два вида коллоидов были смешаны вместе в «бинарную смесь», в которой один мог агрегироваться быстрее, создавая структурный «каркас», на котором мог собираться другой.Используя селективность спаривания оснований ДНК, подтвержденную исследованиями моделирования, проведенными группой EPFL, ученые обнаружили, что они могут добиться беспрецедентного контроля морфологии взаимодействующих коллоидов.
Собрав данные о морфологии системы и динамике взаимодействия частиц, авторы пришли к выводу, что этот подход не ограничивается наноразмерными объектами, как другие методы, но может применяться ко всему диапазону коллоидных размеров. Кроме того, они предвидят, что этот метод может иметь ряд применений, например, светочувствительные краски или умные пятна, которые реагируют на изменения температуры или pH тела, высвобождая частицы, наполненные лекарством, таким как антибиотик или жаропонижающее средство.