Создан микро-наномотор, управляемый энергией видимого света
В природе все микроорганизмы могут ощущать интенсивность падающего видимого света и демонстрировать так называемый двунаправленный — положительный или отрицательный — фототаксис.
Двунаправленный фототаксис, зависящий от интенсивности света, жизненно важен для микроорганизмов (например, зеленых водорослей), чтобы получать энергию для роста, развития и жизнедеятельности, а также чтобы избегать повреждений. Однако по-прежнему сложно достичь аналогичного биомиметического фототаксиса при создании искусственных аналогов микро-наномоторов размером от нескольких нанометров до нескольких микрометров.
Тем не менее, ученым удалось разработать искусственные фототаксические микро-наномоторы, которые не только служат идеальными модельными системами для неравновесной физики, но и обладают большим потенциалом в микрофлюидике и биомедицинских приложениях. Однако у искусственных МНМ при всей сложности реализации подобного биомиметического фототаксиса, значительно ограничена применимость, в отличие от биологических микроорганизмов, которые обладают двунаправленной фототаксической способностью в результате естественной эволюции.
Для решения этой проблемы ученые решили инновационно сочетать механизмы самодиффузиофореза и самотермофореза для достижения МНМ, управляемого видимым светом, демонстрируя двунаправленный фототаксис и интригующее коллективное поведение, управляемое светом.
В своей работе они использовали бестопливный нитрид углерода C3N4 и наночастицы полипиррола PPyNP на основе интеллектуального МНМ, работающего в воде, поведение которого напоминало поведение фототаксического микроорганизма. В эксперименте микро-наномотор двигался к источнику видимого света при низкой освещенности и от него при высокой освещенности, что зависело от конкурентного взаимодействия между механизмами самодиффузиофореза, вызванного светом, и самотермофореза, одновременно интегрированными в МНМ. Интересно, что конкуренция между этими двумя механизмами приводила к коллективному двунаправленному фототаксису ансамбля МНМ при равномерном освещении и вращающемуся поведению при неравномерном освещении, оба из которых могут быть точно управляемы энергией видимого света.
Полученные в процессе исследования с помощью систем микроскопии результаты дают важное представление о дизайне искусственного аналога фототаксического микроорганизма со сложным поведением движения для различных применений. Эти результаты представляют собой важный шаг на пути к разработке биомиметических фотореактивных активных систем.
