作者:卡琳娜·尼尼，FAPESP 由聚合物包覆的氧化铁纳米粒子制成的细丝通过将材料暴露于受控温度下的磁场中而获得
这些应用数不胜数，包括将物质输送到细胞中或引导流体
学分:研究人员档案 巴西圣保罗州坎皮纳斯大学化学研究所(IQ-UNICAMP)的研究人员开发了一种无模板技术来制造不同大小的纤毛，以模拟生物功能，并具有多种应用，例如，从在微通道中引导流体到将材料加载到细胞中
这种高度柔韧的纤毛是基于涂有聚合物的氧化铁纳米粒子，它们的运动可以由磁铁控制
在自然界中，纤毛是微小的毛状结构，大量存在于某些细胞的表面，在周围的液体中产生电流，或者在一些原生动物和其他小生物中提供推进力
为了在不使用模板的情况下制造细长的纳米结构，沃森·罗(Watson Loh)和博士后阿林·格林-扬科夫斯基(Aline Grein-Iankovski)在氧化铁(γ-Fe2O3，也称为磁赤铁矿)颗粒上涂上一层含有热响应膦酸基团的聚合物，并由一家专业公司定制合成
该技术利用膦酸基团对金属氧化物表面的结合亲和力，通过温度控制和使用磁场来制造纤毛
“这些材料在室温或室温附近不会结合，在没有磁场刺激的情况下会形成一团，”陆解释说
“磁场的作用使它们具有纤毛的细长形状
" 格林-扬科夫斯基从溶液中的稳定粒子开始，在试图聚集物质的过程中有了获得纤毛的想法
“我在溶液中准备松散的细长细丝，并考虑改变方向场，”她回忆道
“我没有将它们平行于载玻片定向，而是将它们放在垂直位置，发现它们倾向于迁移到玻璃表面
我意识到，如果我强迫他们粘在玻璃上，我就可以得到一种不同类型的不会松动的材料:它的运动将是有序的和协作的
" 当混合物被加热并暴露在磁场中时，热响应聚合物结合到纳米粒子的表面，并将它们组织成细长的细丝
这种转变发生在生物相容的温度(约37℃)下
她补充说，由此产生的磁性纤毛“非常柔韧”
通过增加纳米粒子的浓度，它们的长度可以在10到100微米之间变化
一微米(微米)是百万分之一米
“不使用模板的优点是不受这种方法的限制，例如大小，”格雷因-伊纳科夫斯基解释说
“在这种情况下，为了产生非常小的纤毛，我们必须创建带有微小孔的模板，这将非常费力
涂层密度和纤毛大小的调整需要新的模板
每个最终产品厚度必须使用不同的模板
此外，使用模板为纤毛的产生增加了另一个阶段，即模板本身的制造
" 格林-扬科夫斯基是《物理化学杂志》上发表的一篇关于这项发明的文章的主要作者，该文章是FAPESP支持的一个主题项目的一部分，陆是主要研究者
“专题项目涉及四个小组，他们正在研究分子和粒子是如何在胶体水平，即非常小的结构水平上进行组织的
我们的方法是试图找到控制这些分子的方法，使它们在外部刺激下聚集，产生不同的形状和不同的用途，”陆说
可逆性 去除磁场后，材料保持聚集状态至少24小时
然后，它以取决于制备温度的速度分解
“温度越高，这种效应越强烈，在磁场之外聚集的时间越长，”格林-扬科夫斯基说
根据Loh的观点，材料的可逆性是一个积极的方面
“在我们看来，能够组织和打乱材料，打开和关闭系统，是一个优势，”陆说
“我们可以调节温度、它保持聚集的时间、纤毛长度和被毛密度
我们可以为许多不同类型的用途定制材料，对其进行组织，并根据特定目的对其进行造型
我相信潜在的应用是数不胜数的，从生物到物理用途，包括材料科学应用
" 另一个主要优势是，格林-扬科夫斯基补充说，可以从外部操纵材料，而用于操纵材料的工具不在系统内部
“这些细丝可以用来使微通道中的流体微系统中的粒子均匀化和移动，只需从外部接近磁铁即可
例如，可以使它们以这种方式引导流体
" 纤毛也可以用于传感器，在传感器中，颗粒对来自分子的刺激做出反应，或者用来喂养微生物
“最终，有可能为微生物或细胞提供松散的纤毛，这些纤毛在一定条件下会穿过细胞膜
他们可以进入一个细胞，施加一个磁场来控制他们在细胞内的运动
十多年来，陆与巴黎狄德罗大学(法国巴黎第七大学)的让-弗朗索瓦·贝瑞特合作，对同一个聚合物家族进行研究，以获得用于生物医学领域的细长材料
“我们正在寻求其他合作伙伴来探索纤毛的其他可能用途，”他说
科学家们现在计划在纳米结构中加入一种化学添加剂，以化学方式结合粒子，获得具有更高机械强度的纤毛，如果需要的话，在不暴露于磁场的情况下，纤毛可以保持更长时间的功能
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