ПОЛИМЕРНЫЕ ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ В ПОМОЩЬ ЭНТОМОЛОГАМ

ПОЛИМЕРНЫЕ ИОННЫЕ ЖИДКОСТИ В ПОМОЩЬ ЭНТОМОЛОГАМ

Исследователям из Германии удалось обеспечить сохранение всех деликатных структурных деталей жуков-скарабеев, используя запускающие процесс карбонизации ионные полимеры. Предполагается, что благодаря похожей на окаменелости и устойчивой углеродной структуре образцы смогут сохраниться в течение тысячелетий.

Руководитель исследования, Цзяинь Юань (Jiayin Yuan) из Института коллоидных и межфазных систем им. Макса Планка, рассказывает, что его исследовательская группа смогла разработать методику благодаря тому обстоятельству, что в последние годы в ней проводилось активное изучение взаимодействий полимерных ионных жидкостей [ПИЖ, poly(ionic liquid)s (PILs)] с природными полимерными материалами, подобными хлопку. Хлопок, покрытый ПИЖ и подвергшийся карбонизации, отличался термической устойчивостью, в результате этого процесса его природная биоматрица сохраняла свою структуру. Эти наблюдения, наряду с типичным для всех исследователей любопытством, привели к тому, что Юань с коллегами решили изучить этот эффект в большей степени, а также расширить границы возможностей его практического применения.

Синяя окраска жука в процессе нанесения полимерного покрытия сменяется на коричневую. (Рисунок из J. Mater. Chem. A, 2015, DOI: 10.1039/c5ta00149h)

Полимерные ионные жидкости представляют собой новый тип заряженных полимерных материалов, интерес к которым в последнее время усиливается. Их высокая поверхностная активность означает, что они могут воспроизводить микромасштабные элементы биологических структур, а высокое содержание азота в этих материалах после осуществления процесса карбонизации приводит к тому, что они отличаются большей устойчивостью, чем обычные, не легированные дополнительными атомами аморфные углеродные материалы. Также наличие в молекулярной структуре ПИЖ гетероатомов, таких как азот, сера, фосфор и бор обеспечивает их высокую устойчивость к окислению, важную для «консервирования» биологических структур.

Жуки Hoplia coerulea были выбраны в качестве объектов исследования из-за того, что их экзоскелет и надкрылья демонстрируют окраску, обусловленную дифракцией на тонких структурах хитиновых покровов, а их конечности обладают достаточной прочностью для того, чтобы структура лапок сохранилась после процесса карбонизации. Хитин, представляющий один из наиболее распространённых полисахаридов в мире, часто используется как прекурсор углерода в других экспериментах.

Тушки мертвых жуков покрывали полимерными ионными жидкостями, после чего проводили пиролиз при 400°C в атмосфере азота. После пиролиза полимерное покрытие на поверхности жуков формирует тонкий защитный слой углерода, а высокое содержание азота в защитной углеродной матрице обеспечивает защиту от окисления. Юань поясняет, что при использовании традиционных методов консервирования старение и разрушение биологических компонентов образцов может происходить уже через несколько десятилетий, а разработанный в его группе подход может обеспечить гораздо более длительную защиту.

Робин Уайт (Robin White), специалист по химии материалов из Университета Фрайбурга (Германия) отмечает, что результаты работы могут оказаться полезными для создания систем, обеспечивающих устойчивость сложных структурных элементов различных размеров и могут пригодиться для применения в изготовлении природных текстильных материалов, мембран или покрытий для электродов.

Юань делает вывод, что для специалистов по изучению углеродных материалов работа демонстрирует новые возможности в исследовании технологий исследования углеродных материалов, а для биологов эта методика вполне может стать новым инструментом для консервирования морфологии биологических образцов.

Источник: J. Mater. Chem. A, 2015, DOI: 10.1039/c5ta00149h