РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

О каких возможностях принтера вы не знали

Бесцветные чернила и другие чудеса нанотехнологий – на обычном принтере.
О каких возможностях принтера вы не знали

Каждый художник обязан знать, как смешать цвета. Эти принципы осваивали ещё мастера палеолита, они сохранились и в современных типографиях. Совершенно новый подход к цветам нашёлся только недавно, и чернила для любых оттенков в нем используются одинаковые — бесцветные.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Шаг 1. От смешения к сложению

Окраску зелёного листа или багрово-жёлтые цвета осеннего леса создают те же красящие пигменты. Но взгляните под ноги: лужа на асфальте подскажет абсолютно другой способ добиться красочных тонов. Тонкая бензиновая плёнка на ней переливается всеми цветами радуги, хотя и бензин, и вода — вещества сами по себе прозрачные, неокрашенные. Неполярный бензин крайне плохо смешивается с водой, разбегаясь по её поверхности плёнкой минимальной толщины. Свет, падая на неё, частью отражается, а частью проходит дальше, отражаясь внутренней стороной бензиновой плёнки. Две отражённые волны складываются. Если их максимумы совпадут, они усилятся, а если на максимум одной придётся минимум другой — ослабят друг друга и пропадут.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Такое сложение световых волн называется интерференцией. Она окрашивает радугой и бензиновую плёнку на луже, и круглый бок мыльного пузыря. В зависимости от толщины в каждом участке интерференция проявляет свет определённой длины видимого диапазона, от коротких (0,4 мкм) фиолетовых до длинных красных (0,75 мкм). Окрашенные зелёным (0,5 мкм) участки тоньше красных ровно на 0,25 мкм — или величину, кратную этой цифре.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Фото
Фото
Для распечатки биосенсоров нового поколения подойдет самый обыкновенный "домашний" струйный принтер. Достаточно правильно выбрать "чернила".

«Из неорганических веществ подходящими свойствами обладает кристаллический диоксид титана, — рассказали нам Александр и Владимир Виноградовы, руководящие лабораторией растворной химии передовых материалов и технологий петербургского Университета ИТМО. — Нужно только приготовить взвесь таких наночастиц и научиться наносить их достаточно тонкими слоями, точно контролируя их толщину. Тогда в отраженном свете интерференционная картинка будет выглядеть цветной, хотя сами чернила, коллоидный раствор диоксида титана, — бесцветные».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Шаг 2. Ода принтеру

Контролировать толщину слоёв с такой точностью можно и лазерной гравировкой, и сложными методами напыления — все они требуют использования невероятно сложной техники и могут работать лишь с небольшими по размеру образцами. «Оказавшись в командировке в Канаде, мы заметили, что даже самые обеспеченные нанолаборатории активно пользуются обычными офисными струйными принтерами с пьезоэлектрической головкой, — братья-близнецы Виноградовы действительно похожи, как две капли наночернил, и даже говорят о себе во множественном числе. — Некоторые модели принтеров очень неприхотливы и легко переносят эксперименты с раствором, который залит им в картриджи».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Конечно, дешёвый принтер, который не жалко и погубить, не может контролировать нанесение капель с большой точностью. Но для наночернил этого и не требуется. «Мы не инженеры и не конструируем принтеры, — поясняют братья Виноградовы. — Мы химики, и наша задача — найти такой состав чернил, чтобы каждая капля, высыхая, создавала ровный отражающий слой заранее определённой толщины». Добиться этого удалось, подобрав добавки, изменившие параметры вязкости и поверхностного натяжения раствора. В итоге толщина слоёв, остающихся на подложке, задаётся не столько принтером, сколько свойствами самих чернил. В несколько проходов дешёвый струйный аппарат создаёт нанотехнологичный продукт: цветную картинку, распечатанную бесцветными чернилами. Один слой «проявляет» фиолетовые тона коротких длин волн, два слоя — более длинноволновые.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Фото
Фото

В нанотехнологиях струйный принтер оказался почти таким же популярным инструментом, как телескоп — в астрофизике. Пьезоэлектрическая головка разбрызгивает капли без предварительного нагревания и не разрушает даже чувствительные к температуре биомолекулы в растворе, который используется вместо чернил. «Мы можем добавить даже белки — и они не денатурируют, сохранят и форму, и активность, — объясняют Виноградовы. — Собственно, с этого все и началось, с проекта по струйной печати биосенсоров нового поколения».

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Достаточно нанести на бумажку каплю наночернил, содержащих наночастицы оксида алюминия, цветной индикатор и белки, способные связывать нужный биологический агент. Когда жидкость высохнет, на подложке останется керамический матрикс, заполненный белками и красителями, — готовый индикатор, за несколько секунд и с высокой чувствительностью обнаруживающий целевые молекулы. По образцу слюны можно находить раковые клетки, определять бактерии или частицы вирусов, следы наркотиков — все, что до сих пор требует применения сложного оборудования. В лаборатории Виноградовых нам показали рабочие прототипы тест-полосок для контроля уровня глюкозы — задачи, для которой некоторым больным диабетом приходится регулярно прибегать к довольно неприятным уколам для забора крови.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Бесцветные чернила могут передать все основные цвета. Главное – контролировать толщину остающихся на подложке слоев.

Шаг 3. Гаражные нанотехнологии

Остроумные находки привлекают и инвесторов, и производителей, готовых оплачивать лицензии на применение таких решений в своей продукции. Лаборатория братьев Виноградовых получает немалые гранты и обставляется новой сложной техникой для детального изучения наноструктур. Однако сами принципы потребовали лишь новых идей и понимания физико-химических законов, а первые демонстрации их применения проделаны на самом простом оборудовании.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

«По большому счету все это доступно каждому, — продолжают они. — Диоксид титана можно купить в магазине, принтер найти даже списанный, а белковые препараты или что вы ещё придумаете добавлять в свои "наночернила" — заказать у производителей». Действительно: нанотехнологии не так далеки от народа, как может показаться со стороны. Как некогда «гаражные» компании 1980-х выросли в нынешних IT-гигантов Apple, Microsoft или Google, так и революционные биотехнологии и нанотехнологии завтрашнего дня вполне могут рождаться сегодня небольшими группами энтузиастов и специалистов.

Распечатки не тускнеют со временем. Отпечатанные бесцветными чернилами цветные картинки удаётся сделать ещё ярче, покрыв их дополнительным слоем, который уменьшает количество отражённого поверхностью света.

«Пока для нашей лаборатории это основные направления работы, — резюмируют братья Виноградовы. — Но совершенно точно, что этим дело не закончится. Работая с растворами наночастиц и со струйной печатью, можно получить... даже трудно сказать... сходу просто глаза разбегаются. Надо будет устроить ещё один "мозговой штурм"».

Загрузка статьи...