В ходе тестирования программы, предназначенной для моделирования взаимодействий частиц в микроскопических масштабах, два американских исследователя обнаружили уникальное явление.
Сотрудники Массачусетского технологического института (MIT) предложили метод контроля над наночастицами, находящимися во взвешенном состоянии. Этот несложный способ, основанный на воздействии электрического поля, может оказаться полезным в различных отраслях, включая промышленность и медицину. О результатах исследования рассказано в статье опубликована в издании Physical Review Letters.
Исследование проводилось на основе электрокинетической теории, объясняющей эффект Магнуса. Этот эффект проявляется при обтекании вращающегося тела потоком газа или жидкости, в результате чего на тело начинает действовать сила, направленная перпендикулярно направлению потока.
Эффект Магнуса проявляется в крупномасштабных системах, на объектах, которые можно легко увидеть без использования увеличительных приборов. Это явление, впервые описанное исследователями из MIT, возникает при воздействии электрического поля и позволяет осуществлять управление микроскопическими частицами.
Авторы — Захари Шерман и Джеймс Свон — были удивлены этому открытию. Ученые сделали его в процессе тестирования программного обеспечения, предназначенного для моделирования поведения наночастиц. Размещая эти частицы в жидком электролите, исследователи стремились проверить, как программа воспроизведет ионную кластеризацию — процесс, при котором ионы электролита объединяются вокруг частиц наноматериала.
Подвергнув раствор воздействию электрического поля, Шерман и Свон предполагали, что наночастицы будут перемещаться вдоль силовых линий: это электрокинетическое явление известно как электрофорез. «Однако мы наблюдали нечто неожиданное, — рассказывает Шерман. — При достаточно сильном поле первоначально происходил обычный электрофорез, но затем коллоидные частицы начали самопроизвольно вращаться. <…> Это весьма необычно, поскольку приложенная сила действует в одном направлении, а частицы начинают двигаться перпендикулярно ей».
В данном случае сила, действующая перпендикулярно линиям электрического поля, позволяет использовать этот эффект для создания движения частиц в микротрубках, располагая электроды в верхней и нижней частях. В традиционном электрофорезе частицы перемещаются в сторону электродов и в конечном итоге оседают на них, тогда как предложенный метод обеспечивает непрерывное волнообразное движение частиц по каналу.
Обнаруженный Своном и Шерманом эффект позволяет проводить выборочное разделение частиц, создания лекарств направленного действия или же для тонкого управления сложными химическими реакциями (например, для доставки катализатора в нужное место или вывода побочных продуктов синтеза). Также, по словам авторов исследования, эффект работает для широкого спектра размеров и материалов наночастиц.