Физики из России создали новый магнитный материал, чьи свойства меняются в зависимости от того, какие типы химических реакций протекают внутри этого вещества. Этот "химический магнит" можно использовать для создания наномоторов для микроскопических роботов будущего, сообщила в четверг пресс-служба Физического института РАН (ФИАН).
"Мы провели серию экспериментов с биметаллической пластиной, плавающей на поверхности электролита, и показали, что если в такой системе протекает химическая реакция, то такой объект работает как магнит. В результате этого магнитная восприимчивость такого робота возрастает по сравнению с магнитной восприимчивостью металлов, из которых он был изначально изготовлен", - рассказал ведущий научный сотрудник ФИАН (Москва) Борис Кичатов, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
За последние 10 лет ученые создали десятки различных молекулярных наномашин, в том числе щипцы, системы точечной доставки лекарств и даже примитивные компьютеры и роботы-"трансформеры". Быстрый прогресс в этой области привел к тому, что в 2016 году Нобелевская премия по химии была присуждена Бену Феринге, Фрейзеру Стоддарту и Жану-Пьеру Соважу за разработку и синтез молекулярных машин.
Их дальнейшая разработка осложнена тем, что сложность сборки больших наноструктур растет очень быстро, а внесение изменений в их устройство и управление их работой оказались еще более сложными задачами. Еще одним препятствием для создания и использования полноценных нанороботов является то, что пока исследователям не удалось создать надежные и предсказуемо работающие наномоторы.
Магнитный мотор для нанороботов
Кичатов и его коллеги сделали большой шаг в сторону решения этой проблемы. Им удалось разработать новый магнитный материал, чьими свойствами можно управлять при помощи окислительно-восстановительных реакций. Это позволяет использовать его для создания регулируемых наномоторов.
Как отмечают исследователи, данный материал представляет собой пластину, состоящую из двух соединенных друг с другом пластин из двух разных металлов - цинка и меди, обычно не проявляющих магнитной активности. Эта активность внутри пластинок из цинка и меди возникает в результате того, что при погружении в электролит через них начинает двигаться электрический ток в результате запуска гальванической реакции.
Причиной ее возникновения является то, что цинк и медь обладают очень разным электрохимическим потенциалом, в результате чего взаимодействия цинка и меди с электролитом приводят к тому, что цинк окисляется, а медь восстанавливается. Этот процесс сопровождается появлением замкнутой "петли" электрического тока, вырабатывающей магнитное поле.
Появление этого поля позволяет управлять движением нанороботов, в которые встроена подобная комбинация из двух металлов, при помощи внешних постоянных магнитов и химических реакций. В дополнение к этому данный эффект можно использовать для создания наноскопических аналогов электромоторов, а также лекарств и сенсоров, активирующихся только в определенной химической среде, подытожили ученые.