Обратная версия дуршлага и сита

© Birgitt Boschitsch Stogin and Tak-Sing Wong, Penn State Американские ученые создали футуристическую "жидкую" мембрану, которая пропускает через себя крупные объекты и не дает пройти более мелким частицам. "Рецепт" по ее изготовлению был представлен в журнале Science Advances. "Подобные мембраны можно использовать в качестве компонентов медицинских пластырей и повязок для открытых ран. Они не будут пропускать через себя пыль, микробы и вирусы, но при этом врачи смогут проводить операции внутри травмированной конечности, погружая инструменты в эти "анти-фильтры", — заявил Так-Син Вон (Tak-Sing Wong) из университета Пенсильвании в Филадельфии.

Практически каждый человек сталкивается с фильтрами каждый день, заваривая чай или кофе, используя медицинские маски, марли, сито, дуршлаг или другие предметы быта. Подобные "орудия труда", как показывают археологические раскопки, появились практически вместе с цивилизацией или даже еще до ее появления.

Инженеры и ученые, как отмечает Вон, давно мечтают о создании прибора, который позволял бы делать обратное – он должен пропускать крупные объекты и оставлять на своей поверхности все мелкие частицы. Подобные "анти-фильтры" помогли бы быстро извлекать наночастицы нужных размеров из растворов, изолировать помещения на промышленных предприятиях от вредных газов, осуществлять сложные реакции и создать туалет, не имеющий запаха.

Американские физики и инженеры создали первый материал подобного рода, экспериментируя с самым необычным и "неподходящим" материалом для создания фильтров – обычной водой и растворами различных спиртов.

Вода и другие жидкости, как заметили ученые, легко пропускает через себя объекты любых размеров, обволакивая их и позволяя им упасть на дно сосуда под действием силы тяжести. При этом достаточно легкие и маленькие объекты не могут "пробить" ее поверхность, если к ним не прикладывать достаточное количество силы.

Это наблюдение натолкнуло их на мысль, что тонкую пленку воды, если ее стабилизировать, можно превратить в подобный "анти-фильтр". На роль подобного стабилизатора подойдет обычное мыло или любое поверхностно-активное вещество, мешающее молекулам воды сбежать из пленки.

© Фото : Birgitt Boschitsch, Penn State Ученые проводят операцию, используя анти-фильтр для защиты раны от бактерий

"В этот слой можно добавить компоненты, которые сделают жидкую мембрану более прочной и долговечной, или же заставят ее избирательно блокировать движение молекул определенных газов. По сути, в нее можно вставить все, что химия и другие науки создали за все время своего существования", — добавляет Биргитта Бошич (Birgitt Boschitsch), коллега Вона.

Создав несколько подобных структур, ученые проверили, как хорошо они пропускают объекты разных размеров, в том числе капли воды и других жидкостей, высушенные тела мушек, комаров и других насекомых, а также скальпель, пинцет и прочие хирургические инструменты.

Как показали эти опыты, подобные мембраны остаются стабильными в достаточно широком диапазоне размеров, силы поверхностного натяжения и других параметров. Меняя их толщину, радиус и количество ПАВ, можно заставить "анти-фильтры" пропускать более крупные объекты или же уменьшить "порог вхождения".

Уже сейчас, по словам физиков, их "анти-дуршлаг" остается стабильным на протяжении более трех часов, выдерживая при этом три тысячи "протыканий" при помощи скальпеля или других твердых и острых предметов. Замена мыла на более качественные виды ПАВ, как заключают ученые, сделает подобные мембраны практически вечными, над чем сейчас Вон, Бошич и их коллеги активно работают.