Крошечный полимерный пузырёк может смещаться туда, где меньше молочной кислоты. У него нет ни клетки, ни фермента, который служил бы двигателем: направление возникает из-за перестройки самой оболочки. В работе, опубликованной 11 ноября в Nature Chemistry, исследователи связали это движение с тем, как молекулы оболочки меняют контакт с водой.
Такие полые частицы называют полимерсомами. Их оболочку собрали из полимерных блоков полиэтиленгликоля (PEG) и полилактида (PLA); средний размер частиц составлял около 346 нанометров. Само слово «пузырёк» здесь описывает форму: это не газовый пузырь.
Как оболочка выбирает направление
Молочная кислота взаимодействует с участками PLA и меняет расположение полимерных цепей. В результате часть гидрофобных, плохо взаимодействующих с водой участков оказывается открыта наружу.
Если кислоты с одной стороны больше, чем с другой, оболочка перестраивается неравномерно. По предложенному авторами механизму возникает разница межфазного натяжения, вызывающая локальное проскальзывание окружающей жидкости вдоль поверхности. Частица смещается в противоположную сторону — от источника кислоты.
Важная тонкость: авторы отличают этот процесс от обычного движения текучей капли под действием разницы поверхностного натяжения. Полимерная мембрана способна менять молекулярную конфигурацию, но её боковая подвижность мала. Поэтому ключевую роль здесь отводят течению окружающей жидкости у оболочки.
Что действительно измерили
В микроканале исследователи создали устойчивый перепад концентрации кислоты. За время взаимодействия 32,8 секунды распределение флуоресцентно помеченных частиц сместилось примерно на 4,6 микрометра в сторону меньшей концентрации. Это измерение распределения частиц, а не запись пути каждого отдельного пузырька.
Контрольные опыты с другой, более жёсткой полимерной оболочкой, молекулярные зонды и компьютерные расчёты поддержали связь движения с перестройкой мембраны. При этом изменение локального межфазного натяжения остаётся частью обоснованного авторами механизма, а не прямым измерением силы на каждой частице.
Результат показывает, как химическое взаимодействие можно преобразовать в направленное движение искусственной частицы. Для него нужен перепад концентрации: «самодвижение» не означает отсутствие источника свободной энергии. Доставка лекарств, работа внутри организма и другие практические применения в этой статье не продемонстрированы.
Авторская схема EASY: направление смещения полимерной частицы при перепаде концентрации кислоты. Размеры, цвета и детали мембраны условные; это не изображение газового пузыря.
Источники
Nature Chemistry: конформационный механизм движения, 11 ноября
