Чтобы подготовить микрообъекты, исследователи ETH и IBM используют крошечные сферы, сделанные из полимера или кремнезема, в качестве строительных блоков, каждый диаметром примерно в один микрометр и различными физическими свойствами. Ученые могут управлять частицами и располагать их в желаемой геометрии и последовательности.
Образующиеся структуры занимают интересную нишу в масштабе размеров: они намного больше, чем ваши типичные химические или биохимические молекулы, но намного меньше, чем типичные объекты в макроскопическом мире. «В зависимости от точки зрения можно говорить о гигантских молекулах или микрообъектах», — говорит Лючио Иса, профессор интерфейсов, мягкой материи и сборки в ETH Zurich.
Он возглавлял исследовательский проект вместе с Хайко Вольф, ученым из IBM Research. «До сих пор ни одному ученому не удалось полностью контролировать последовательность отдельных компонентов при производстве искусственных молекул в микромасштабе», — говорит Иса.
Разнообразный спектр применения
С помощью нового метода можно изготавливать микрообъекты с точно заданными магнитными, немагнитными и разно заряженными областями. В настоящее время ученые могут создавать небольшие стержни различной длины и состава, крошечные треугольники и простые трехмерные объекты.
Но исследователи стремятся развивать эту технику и дальше. В качестве возможных будущих приложений они рассматривают самоходные микроносители, которые движутся во внешнем электрическом поле благодаря своей сложной геометрии и составу материала.
Другие возможности включают микромиксеры для приложений «лаборатория на кристалле» или, в отдаленном будущем, даже микророботы для биомедицинских приложений, которые могут захватывать, транспортировать и выпускать другие специфические микрообъекты. Кроме того, исследователи могли разработать свои искусственные молекулы так, чтобы они взаимодействовали друг с другом и независимо собирались вместе в более крупные «надстройки». Это было бы, например, актуально для фотоники (обработка сигналов на основе света). «В фотонике требуются индивидуальные микроструктуры.
Когда-нибудь их можно будет производить из наших компонентов », — говорит Иса.
Изготовление с помощью микрошаблонов
Для одновременного изготовления большого количества идентичных микрообъектов ученые используют полимерные шаблоны с углублениями, выгравированными в форме объекта, который они хотят создать.
Исследователи разработали метод, который позволяет им размещать по одной крошечной сфере на каждом этапе процедуры. Они могут создавать более крупные объекты последовательно, выбирая тип сферы для каждого шага. В конце они соединяют крошечные сферы вместе, ненадолго нагревая их.
На текущем этапе разработки крошечные сферы прочно связаны друг с другом, но в будущем исследователи хотели бы попытаться соединить их «мягкими связями».
Это позволило бы использовать объекты в качестве крупномасштабных моделей химических и биохимических соединений, например, для изучения сворачивания белков на экспериментальном уровне. Исследователи также хотели бы попытаться собрать объекты из крошечных сфер, сделанных из материалов, отличных от пластика или кремнезема. «В принципе, наш метод можно адаптировать к любому материалу, даже к металлам», — говорит Иса.