Видео в реальном времени показывает жидкие структуры, принимающие форму поверхностно-активных наночастиц

Видео в реальном времени показывает жидкие структуры, принимающие форму поверхностно-активных наночастиц

Жидкие структуры – жидкие капли, сохраняющие определенную форму – полезны для множества применений, от пищевой промышленности до косметики, медицины и даже добычи нефти, но исследователи еще не использовали эти захватывающие новые материалы » весь потенциал, потому что мало что известно о том, как они формируются.

Теперь исследовательская группа во главе с лабораторией Беркли сняла в реальном времени видео с высоким разрешением жидких структур, принимающих форму поверхностно-активных веществ в виде наночастиц (НПВ) – мылообразных частиц размером всего миллиардные доли метра – плотно прижатых друг к другу, сбоку рядом, чтобы сформировать твердый слой на границе раздела между нефтью и водой.

Их результаты, недавно опубликованные на обложке Science Advances могут помочь исследователям лучше оптимизировать жидкие структуры для продвижения новых биомедицинских приложений, таких как реконфигурируемая микрофлюидика для открытия лекарств и полностью жидкая робототехника для целевой доставки лекарств от рака и др.

В экспериментах, проводимых соавтором Полом Эшби, штатным научным сотрудником Отделения молекулярного литья и материаловедения лаборатории Беркли, и Ю Чай, бывшим докторантом группы Эшби, который сейчас является доцентом Городского университета Хонг Конга, исследователи использовали специальную технику визуализации, называемую атомно-силовой микроскопией (АСМ), чтобы сделать первые в реальном времени видеоролики о том, как NPS сгущаются вместе и застревают на границе раздела нефть-вода, что является критическим шагом в фиксации жидкости в особая форма.

В фильмах исследователей был показан портрет интерфейса NPS с беспрецедентной детализацией, включая размер каждого NPS, состоял ли интерфейс из одного или нескольких слоев и сколько времени прошло с точностью до секунды для каждого NPS. для присоединения к интерфейсу и размещения в нем.

Впечатляющие изображения АСМ также показали угол, под которым NPS «сидит» на границе раздела – неожиданный результат. «Мы были удивлены тем, насколько грубые интерфейсы, », – сказал Эшби. «Мы всегда рисовали иллюстрации однородной границы раздела с наночастицами, прикрепленными под одним и тем же углом смачивания, но в нашем текущем исследовании мы обнаружили, что на самом деле существует множество вариаций».

Большинство инструментов наноразмерной визуализации могут исследовать только неподвижные образцы, которые являются либо сухими, либо замороженными. За последние пару десятилетий Эшби сосредоточил свои исследования на разработке уникальных возможностей АСМ, которые позволяют пользователю управлять наконечником зонда, чтобы он мягко взаимодействовал с быстро движущимися образцами, такими как NPS в текущем исследовании, не касаясь подлежащей жидкости. – непростой подвиг

«Визуализация жидкой структуры в наномасштабе и наблюдение за движением наночастиц в жидкости в реальном времени с помощью зонда АСМ – это было бы невозможно без обширного опыта Пола», – сказал соавтор Томас Рассел, приглашенный научный сотрудник и профессор полимерологии и инженерии из Массачусетского университета, который возглавляет программу Adaptive Interfacial Assemblies Towards Structuring Liquids в отделе материаловедения Berkeley Lab. « Подобные возможности недоступны больше нигде, кроме Молекулярной литейной».

Следующие исследователи планируют изучить влияние самодвижущихся частиц в жидких структурах NPS.

Эшби и Рассел совместно руководили исследованием. Исследователи из лаборатории Беркли; Калифорнийский университет в Беркли; Городской университет Гонконга; Гонконгский политехнический университет; Университет Сучжоу и Пекинский университет химической технологии, Китай; и Университет Тохоку, Япония, внесли свой вклад в эту работу

Молекулярный литейный завод – это пользовательский объект Управления науки Министерства энергетики в лаборатории Беркли.

Эта работа была поддержана Управлением науки Министерства энергетики США.

Национальная лаборатория Лоуренса Беркли и ее ученые, основанная в 1931 году с убеждением в том, что самые большие научные проблемы решаются с помощью команд, были отмечены 14 Нобелевскими премиями.

Сегодня исследователи лаборатории Беркли разрабатывают решения в области устойчивой энергетики и защиты окружающей среды, создают новые полезные материалы, расширяют границы вычислительной техники и исследуют тайны жизни, материи и Вселенной.

Ученые со всего мира полагаются на оборудование лаборатории для их собственных научных открытий. Лаборатория Беркли – это многопрограммная национальная лаборатория, управляемая Калифорнийским университетом при Министерстве энергетики США.

Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим спонсором фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из наиболее актуальных проблем современности. Для получения дополнительной информации посетите сайт energy.gov/science.

Источник: https://www.lbl.gov/

Source link