Светоиндуцированные активные броуновские моторы в коллоидной плазме и эмульсиях сложного состава

В настоящее время динамические процессы и самоорганизация в активных коллоидных системах привлекают всё большее внимание в связи с развитием междисциплинарных исследований, затрагивающих области физики неравновесных систем, биологии, материаловедения и других. Коллоидные частицы активной среды способны поглощать энергию из окружающей среды, преобразуя ее в энергию своего движения. В результате коллективного взаимодействия активных частиц происходит их самоорганизация, включая направленное движение частиц. Это, в частности, указывает на актуальное применение активных частиц и их транспортных свойств для доставки лекарств в терапии. С использованием систем микрофлюидики возможен синтез активных коллоидов сложного состава, моделирующего состав живых клеток. При этом активное поведение частиц в таких системах и эволюция таких систем будет происходить подобно эволюции живых систем, что позволит исследовать особенности таких процессов для широкого класса систем. В рамках настоящего исследования предполагается решить цикл задач о динамике и самоорганизации в активных коллоидных системах различного состава. В качестве основного механизма создания активного движения, при этом, будет использоваться явление поглощения лазерного излучения веществом. В частности, будут исследованы процессы в системе активных броуновских частиц, взвешенных в коллоидной плазме газового ВЧ-разряда при воздействии лазерного излучения. Будет экспериментально и теоретически рассмотрена задача об активном броуновском движении в вязких средах, в качестве которых будет рассмотрена масленая эмульсия в воде, в которой направленное движение капель будет индуцировано поглощением лазерного излучения взвешенными в эмульсии наночастицами. Два рассматриваемых случая в средах различной плотности и вязкости позволят сделать выводы о влиянии гидродинамических явлений и инерционных эффектов на эволюцию и самоорганизацию в активных коллоидных системах. В настоящее время существует пробел в теории активного броуновского движения в переходном режиме от гидродинамического к свободно-молекулярному. Благодаря возможности изменения вязкости в широком диапазоне, лабораторные эксперименты с активными частицами в коллоидной плазме позволят экспериментально осуществить плавный переход от гидродинамического режима к свободно-молекулярному. Это, в свою очередь, даст возможность построить математические модели, с высокой степенью достоверности предсказывающие динамические процессы в активной материи различного состава. Совместное экспериментальное и расчетно-теоретическое исследование позволит дать рекомендации для физического моделирования живых систем. В рамках выполнения Проекта будет синтезирована и экспериментально изучена активная эмульсия сложного состава, активные броуновские частицы в которой могут выступать как биомиметические (имитирующие свойства живых клеток), а их активное движение должно воспроизводить паттерны поведения, реализуемые при эволюции живых систем.