Краплі Януса навчилися переносити ДНК у рюкзачку з етанолу

Фізики запропонували спосіб доставки молекул ДНК за допомогою фазового розшарування активно рухається в олії водно-спиртової краплі. При переміщенні, викликаному рухом фаз всередині краплі, неоднорідна водно-спиртова крапля тягне за собою маленьку краплю з чистого спирту з молекулами ДНК всередині, а в заданий момент маленька крапля просто відокремлюється, залишаючи ДНК в потрібній точці. Такий підхід можна використовувати для доставки й інших типів молекул, пишуть вчені в статті в.


Частинки, які можуть самостійно переміщатися в рідкому середовищі, знаходять все більше застосувань: з їх допомогою пропонують вбивати ракові клітини або доставляти антибіотики. Як правило, такі частинки переміщуються завдяки реактивній тязі або за рахунок власного обертання під дією зовнішнього поля. Спрямований рух при цьому може забезпечити правильно обрана форма частинки або розподіл хімічних речовин по її поверхні. У другому випадку часто пропонують використовувати частинки Януса, поверхня яких складається з декількох різних матеріалів.


Група фізиків з Німеччини та Іспанії під керівництвом Жана-Батіста Флері (Jean-Baptiste Fleury) з Саарського університету показала, що подібний механізм активного руху і перенесення речовин можна реалізувати не тільки з твердими частинками, але також і з краплями рідини. При цьому, на відміну від твердих частинок, краплі Януса можуть змінювати свої властивості прямо під час руху. В експерименті групи Флері в масло поміщалися однорідні ізотропні краплі з суміші води і етанолу діаметром від 35 до 80 мікрометрів. Однак за рахунок прагнення спирту перейти з водної фази в олійну всередині краплі збуджувалися гідродинамічні потоки, що призводило до активного переміщення всієї краплі в зовнішньому середовищі.

При цьому рух спирту всередині краплі і між фазами супроводжувався захопленням з навколишнього середовища молекул поверхнево-активної речовини. У якийсь момент концентрація цих молекул в краплі досягала критичного значення, в результаті чого в ній відбувався перехід з однофазного стану в двофазне. Через це спочатку однорідна крапля перетворювалася в рухому неоднорідну краплю Януса, у якої попереду по ходу руху була велика водна (переважно) крапля, а ззаду розташовувалася повністю спиртова крапля.

Подальший рух всієї цієї системи призводив і до подальшого розшарування, тому крапля Януса перетворювалася на дві зліпшися краплі, які потім і зовсім від'єднувалися один від одного. Весь цей процес вчені досліджували за допомогою методу велосиметрії рухомих частинок і показали, що часом переходу між різними стадіями можна досить точно керувати за допомогою зміни початкових параметрів: розміру краплі та концентрації в ній спирту. Таким чином, можна точно передбачити, в який момент утворюється крапля Януса, і коли відбудеться її поділ на дві окремі краплі.

Після цього фізики показали, що такий процес можна використовувати для перенесення речовин з однієї області простору в іншу. Такою речовиною можуть бути, наприклад, молекули ДНК, які спочатку поміщаються в однорідну краплю, а потім при розшаруванні повністю переходять у спиртову фазу. За рахунок активного руху крапля води «перетягує» краплю з етанолу з молекулами ДНК всередині, після чого система розділяється, основна крапля Януса спливає далі, а крапля спирту з ДНК всередині залишається в тій точці, де її і залишили. Вчені відзначають що точне місце «доставки» вантажу при цьому можна контролювати за рахунок зовнішніх потоків, геометрії стінки, на яку потрібно привезти ДНК, або змінюючи її змочуваність.

Такий спосіб транспортування молекул вчені порівнюють з перенесенням вантажу в рюкзаку, який при досягненні мети крапля води «знімає з себе» і залишає в потрібному місці. За словами авторів роботи, аналогічний спосіб може бути реалізований не тільки для суміші води і етанолу, але і для інших спиртів і різних типів поверхнево-активних речовин. Вчені відзначають, що в майбутньому цей механізм може бути вдосконалений для використання, наприклад, при доставці ліків в організмі людини.

У частинок Януса часто знаходяться досить несподівані способи використання. Наприклад тверді частинки Януса, які чутливі до електричного поля і використовуються в якості електронних чорнил, група дизайнерів запропонувала використовувати для створення туфель зі змінним візерунком. А більш великі кульки-януси з пінополістиролу, покритого тонким шаром оксиду титану інженери використовували при створенні левітуючого тривимірного дисплея.


COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND