虽然对温度、电场、磁场、光等外部刺激有反应的“活性”表面活性剂并不是一件稀罕物，但是能将这些特性中的多项集成在一种表面活性剂中，并可以对表面活性剂包裹的单个液滴进行遥控，并且有可能将其组装成更大的动态反应器系统，却是前所未有的酷炫创造。
纳米粒子二聚体作为非磁性或磁性表面活性剂（来源： Nature ）
现在，韩国蔚山国立科技大学（Ulsan National Instituteof Science and Technology ）的Bartosz A. Grzybowski和他的同事们制造了能够对三种不同的刺激产生反应的表面活性剂。新的表面活性剂可以对光、磁和静电产生反应，使得其包裹的液滴可以被遥控、组装，像机械齿轮一样旋转并且可以按需要融合在一起。这种新的发明提供了非常诱人的应用前景，包括用于3D打印的光引导油墨，和前所未有的微型纳米反应器。
使用光组装表面活性剂包裹的液滴（来源： Nature ）
该团队最初的研究在于制造纳米二聚体颗粒，使其汇集了所需的响应特性。该二聚体一部分含金，可以用光来处理；一部分是氧化铁，其具有磁性，并且比金更容易对光产生反应。研究人员还制造了第二个“虚拟”纳米二聚体粒子，其含有硫化铅，有光响应而无磁性，以代替氧化铁，使其在磁响应方面具有更大的灵活性。通过将两种类型的纳米颗粒以不同比例混合在一起，能够使其具有可调控的磁性可吸收性。然而，为了将纳米粒子二聚体转化为能够包裹液滴的表面活性剂，团队接下来需要用亲水性和疏水性分子来修饰二聚体。为此，金被巯基十一烷酸官能化，使其可以吸引水；而氧化铁和硫化铅被拴在油酸配体上以使其排斥水。
旋转液滴的机械组件（来源： Nature ）
为了测试纳米表面活性剂，研究团队设计了几个实验。被表面活性剂包裹的液滴，直径在400和2000 μm之间，悬浮在溶剂中。通过制造三种液滴（每种液滴染成蓝色、红色或黄色以表示不同程度的磁化率）来证明磁控制。当一个磁铁被放置到这些液滴的混合物中，它会成为一个磁中心，将液滴聚集起来。在另一个实验中，研究小组发现液滴朝着激光束移动，如果光束碰到液滴的边缘，它开始快速旋转，导致相邻的液滴也跟着旋转。Grzybowski解释说：“磁效应是可以预料的，但是这些液滴在光线下旋转，并且像机械齿轮一样传递给它的邻居，这是意想不到的。我的猜测是，如果两个液滴互相剪切，他们就会合并，但是我们的纳米表面活性剂就像一个非常薄的装甲，使液滴十分坚固，可以防止液体混合在一起。”研究团队发现，由于表面活性剂涂层将激光的一部分能量吸收转化为自己热量，所以在激光下液滴会移动并旋转。这种局部加热改变了液滴和溶剂之间的表面张力并产生对流。根据光线聚焦的位置，这些流动会引起一个水平力，将液滴吸引到激光束上，或拖动液滴的表面使其旋转。
对液滴进行静电“焊接”使其具有复杂形状（来源： Nature ）
不仅光和磁性可以移动涂层的液滴，研究团队还发现，电场可以融合液滴。为了证明该系统在化学反应中的应用潜力，该团队通过静电将两个含有红色染料和盐酸的液滴，“焊接”起来，形成一个哑铃状的“反应堆”。磁体使液滴反应器固定，当激光束加热表面活性剂时，使液滴内部产生对流，旋转起来，从而混合其内容物。
在动态控制的液滴反应器中进行混合和化学反应（来源： Nature ）
Grzybowski说使用这些液滴的3D打印是可能的，但是他最喜欢的应用在别处。他认为，这种表面活性剂最具潜力的用途是用作纳米反应器。科学家可以用光引导这些反应器，按需要将它们融合，并且很容易控制反应序列。Grzybowski设想了一个纳米反应器化学工厂的系统，目前正致力于设计一个用于生产的计算机系统。他说，“我们现在有一些很酷的系统装置，但是目前我宁愿保持沉默。”
论文链接：
https://www.nature.com/articles/nature25137
发表于 2018-1-21 21:54
收藏
分享