Американські фахівці розробили новий клас малих молекул, які спонтанно збираються в нанострічки, що володіють безпрецедентною міцністю і зберігають структуру поза водним середовищем. Унікальні властивості та можливості виробництва відкривають численні шляхи застосування цього матеріалу – від очищення рідин до живлення електроніки.
Феномен самозбирання добре знайомий всім живим організмам – так формуються подвійні спіралі ДНК або мембрани клітин. В останні пару десятків років вчені намагалися повторити цей трюк природи, розробляючи молекули, що збираються самі собою, в основному для біомедичних цілей. Однак цей наноматеріал був хімічно нестабільним і швидко розпадався поза водним середовищем, особливо під дією зовнішньої сили, пише MIT News.
Матеріал, розроблений інженерами MIT, був натхненний клітинною мембраною. Його зовнішня частина гідрофільна, а внутрішня – гідрофобна. Така структура стає рушійною силою самозбирання, оскільки молекули займають таке положення в просторі, щоб мінімізувати взаємодії між гідрофобними зонами й водою.
Оскільки в цьому випадку форма матеріалу задана водою, при висиханні вся структура повинна зруйнуватися. Але вчені придумали, як цього не допустити. Коли молекули з’єднані одна з одним слабо, вони швидко обертаються, як рідини. В процесі наростання твердості міжмолекулярні сили збільшуються і рух сповільнюється. Шляхом невеличких модифікацій окремих молекул можна уповільнити рух молекул, що призводить до колективної й значної зміни властивостей наноструктури.
В результаті молекули само збираються в довгі стрічки товщиною в нанометр, але при цьому вони виявляються міцніше сталі. Після висихання вони здатні витримувати масу, що у 200 разів перевищує їх власну. Крім того, у матеріалу величезна площа поверхні – 200 кв. метрів на один грам. Високий коефіцієнт поверхні до маси відкриває великі можливості для технологій мініатюризації, впевнені винахідники, наприклад, в очищенні води від важких металів і домішок. До того ж міцні нанострічки можуть стати елементами передових електронних пристроїв і батарей.
