Ученые из Сингапура создали технологию производства микроскопических частиц, обладающих особыми свойствами и характеристиками, что открывает возможности для их использования в широком спектре научных направлений. Для этого исследователи использовали техники, берущие начало в китайских разработках, появившихся тысячи лет назад: метод шипового соединения и принципы комбинаторики танграм.
Традиционные методы не позволяют сохранить требуемую структурную сложность, точность размеров и целостность микрочастиц, что необходимо для современной микроэлектроники, медицины, фармацевтики и производства микрокомпонентов. Чтобы улучшить этот процесс, ученые из Наньянского технологического университета (Сингапур) выбрали в качестве основы материал, отличающийся исключительной твердостью, устойчивостью к высоким температурам и химическому воздействию, а также разработали новый способ соединения.
Используя керамику в качестве исходного материала, химики создали частицы в микрофлюидном реакторе. Каждая из них была спроектирована с учетом соседних. Первая технология основана на принципе шип-паз, который еще в Древнем Китае применяли плотники для прочного соединения домов и мебели без использования гвоздей. В настоящее время этот простой и надежный способ монтажа используется при укладке паркета.
Благодаря взаимной подгонке выпуклых и вогнутых элементов, деревянные конструкции любой формы, включая детали в виде лепестков, соединялись прочно и надежно. В ходе исследования для демонстрации этой возможности использовались поперечные сечения различных форм: десятизубчатые шестерни, треугольники, шестиугольники и трапеции.
Сингапурские ученые разработали еще один подход, основанный на «скользящей сборке», которая предполагает соединение микрочастиц одинаковой формы (например, квадратной или звездообразной), подобно элементам китайской головоломки танграм. Обычно она формируется из семи плоских геометрических фигур, называемых танами, которые расположены в определенной последовательности, создавая более сложную структуру. Оба подхода показали выдающиеся результаты: микроструктуры сохраняют свою форму и точность даже при диаметре (200 микрометров), что сопоставимо с толщиной человеческого волоса (до 80 микрометров).
Использование разработанных методик позволит увеличить скорость производства микрочастиц в десять раз и обеспечить контроль над их характеристиками. Кроме того, этот способ снизит затраты, поскольку исключает необходимость использования крупногабаритного и дорогостоящего оборудования.
О результатах эксперимента сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.