Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции недавно совершили прорыв. Они разработали простой и эффективный новый метод, позволяющий успешно преобразовать «невидимую силу», удерживающую микроскопическую материю во Вселенной, в цвета, видимые невооруженным глазом. В ходе исследования использовались фрагменты золотой фольги, соленая вода и свет для создания уникальной наблюдательной платформы, которая позволяет ученым визуально изучать микроскопические силовые поля, известные как «невидимый клей природы».

Это достижение не только открывает новое окно для изучения принципа самосборки материи в чрезвычайно малых масштабах, но также, как ожидается, создаст новые приложения в области медицины, материаловедения и биосенсоров.

В микроскопическом мире пыль прилипает к поверхностям, а гекконы ходят по потолку, и все это благодаря этой вездесущей, но неуловимой связывающей силе. Исследовательская группа с факультета физики Технологического университета Чалмерса визуализировала эту абстрактную физическую силу с помощью гениального экспериментального плана. Суть эксперимента заключается в особом процессе «самосборки»: когда фрагменты золотой фольги микронного размера помещаются в раствор соли и падают на стеклянную пластину с золотым покрытием, в игру вступают две диаметрально противоположные силы. Один из них — квантовомеханическое явление, которое пытается сблизить объекты — эффект Казимира; другой — электростатическая сила, возникающая в солевом растворе, которая предотвращает полное слипание объектов. Когда эти две силы достигнут хрупкого баланса, фрагменты золотой фольги будут подвешены на расстоянии примерно 100–200 нанометров от подложки, образуя чрезвычайно крошечные полости для жидкости.

Эти наноразмерные зазоры действуют как крошечные «световые камеры» или резонаторы. Когда свет галогенной лампы попадает на эти заполненные жидкостью полости, световые волны отражаются взад и вперед и интерферируют, создавая определенные цвета. Путем наблюдения с помощью оптического микроскопа и спектрометра исследователи могут четко видеть фрагменты золотой фольги, мигающие красным или зеленым на мониторе на золотом фоне. Эти изменения цвета напрямую соответствуют изменениям расстояния между золотой фольгой и подложкой, тем самым раскрывая динамический баланс микроскопического силового поля в реальном времени.

Микаэла Гошкова, первый автор статьи и аспирант, ярко описала: «То, что мы видим, — это взаимодействие между основными силами природы. На этой платформе мы можем измерять и изучать эти «клеи природы» без вмешательства человека, просто наблюдая за естественным движением золотой фольги». Она отметила, что если люди смогут полностью овладеть этими законами, которые контролируют самосборку микроскопических материалов, то не только можно будет достичь точного контроля на наноуровне, но это может даже помочь понять общие принципы, лежащие в основе макрокосмических явлений, таких как формирование галактик.

Эта технология является кульминацией многолетних исследований команды профессора Тимура Шегая в школе. Четыре года назад команда показала, что пары фрагментов золотой фольги могут образовывать самоорганизующиеся резонаторы, а теперь они превратили это открытие в широко применимый метод изучения фундаментальной механики. Профессор Шегай сказал, что фрагменты золотой фольги действуют как крошечные плавающие датчики в этой системе, позволяя исследователям измерять заряд отдельных частиц и силы их взаимодействия. По сравнению с микромеханическими исследованиями, которые обычно требуют дорогого и сложного оборудования, этот новый метод выделяется своей простотой и высокой точностью и может предоставить информацию на уровне частиц, которую трудно получить традиционными средствами.

Перспективы применения этой платформы очень широки. В медицине это помогает ученым лучше понять, как частицы лекарства ведут себя в жидкостях организма, например, остаются ли они стабильными или имеют тенденцию к комкованию, что имеет решающее значение для улучшения систем доставки лекарств. Кроме того, эту технологию можно использовать для разработки более чувствительных биосенсоров, оптимизации систем фильтрации воды и даже повышения стабильности повседневных продуктов, таких как косметика.

Результаты исследования под названием «Самосборка Казимира: платформа измерения наномасштабных поверхностных взаимодействий в жидкостях» были опубликованы в авторитетном журнале «Труды Национальной академии наук» (PNAS) 13 февраля 2026 года. Исследовательская группа полагает, что этот метод наблюдения, основанный только на движении золотой фольги и взаимодействии света и материи, станет важным инструментом для будущих микроскопических исследований в области физики и химии. минималистская красота и мощные функции.