Чтобы привить любовь к предмету химии, учителя химии иногда бросают чистый натрий в воду, вызывая бурную химическую реакцию. В лучшем случае, натрий плавится, капля натрия бегает по поверхности воды, уменьшаясь в размерах. А инженер Вэй Гао из Калифорнийского университета, Сан-Диего придумал более оригинальную вещь. Он предложил более управляемую микро реакцию, которая происходит на одной стороне частицы, размером 20 микрометров.
Для частиц таких размеров, обычная вода становится вязкой как смола. Один способ протолкнуть такую частицу через толщу воды состоит в том, чтобы использовать саму воду в качестве окислителя. В 2011г. Гао и его коллеги бросили микроскопические цинковые частицы в соляную кислоту. В результате взрыва не произошло, но цинковые частицы стали перемещаться с огромной для своих размеров скоростью 1050 микрометров в секунду, или приблизительно 100 своих длинах тела в секунду. Чтобы смоделировать это, человек 2 метра высотой должен был бы проплывать четыре заполненных смолой Олимпийских бассейна за 1 секунду.
Чтобы достигнуть этого, команда Гао нашла то, что нужно – наночастицы алюминия реагируют с водой с выделением газа (водорода). А алюминий в крупных кусках не обладает такой высокой химической активностью из-за пассивирующей его плёнки оксида алюминия. Исследователи своё творение назвали частицы Януса, по имени двуличного римского бога. У частиц есть устойчивое лицо – полусфера из титана (зелёный цвет) и “реактивное” лицо из алюминия (начинка из наночастиц алюминия серого цвета).
В воде алюминий выделяет водородные газовые пузыри, которые толкают титановую сферу сквозь толщу воды со скоростью в 150 диаметров “микроракеты” в секунду. Группа недавно описала свои результаты, полученных для цинковых наночастиц.
Такие двигатели не работают долго – в случае цинковых частиц около 2-х минут. В первых экспериментах Гао алюминиевая сторона частиц накапливала окись алюминия, ограничивая срок работы двигателя. Добавление галлия увеличило время работы микроракеты до 5-ти минут. Исследователи считают, что в будущих экспериментах в состав можно добавить индий или олово, которые, как и галлий, помогают удалять слой формирующегося окисла.
Гао предполагает, что слабое магнитное поле, приложенное снаружи тела, могло бы вести намагниченные частицы к цели. Материаловед Сэмюэль Санчес из Института Лейбница в Дрездене, Германия, создал магнитно управляемые частицы Януса из платины и кобальта.
Но они в качестве окислителя (среды) использовали токсичную перекись водорода. Перекись водорода популярна среди наноисследователей из-за её сильной окислительной активности. Физик Пиир Фишер из Института Интеллектуальных Систем Макса Планка говорит, что ему нравится идея доставлять таким способом генетический материал ядру клетки или проводить микрохирургические операции с инструментами, которые составляют меньше чем 1 процент размера хирургической иглы. Микроракеты из наночастиц могли бы помочь в вопросах экологии, таких как очистка воды. Это может быть более полезным и не менее захватывающим для студентов, чем химикаты, которые взрываются при контакте с водой.
Двигательная установка Гао была бы полезной для доставки микродоз лекарств к своим “мишеням”. Мы уже раньше писали о микророботах, управляемых при помощи установки магнитной томографии.