Колоїдні нові матеріали в самоорганізації - спектр науки
Колоїди: нові матеріали в самоорганізації
Крихітні частинки плавають у рідині або повітрі в крові, чорнилі або димі. У концентрованому вигляді ці так звані колоїди зазвичай злипаються в невпорядкованому та неконтрольованому вигляді. За допомогою різних стикувальних точок на таких частинках дослідники, що працюють з Девідом Пайн з Нью-Йоркського університету, тепер можуть переконатися, що вони об’єднуються незалежно в молекулярні асоціації - з широким спектром геометричних форм. В принципі, також повинна бути можливість виробляти матеріали зі спеціальними властивостями зі штучними атомами.
Частинки розміром у мікрометр зазвичай прикріплюються до сусідніх частинок у будь-якій точці їх поверхні, не віддаючи перевагу певним. Попередні підходи досягали селективності шляхом додавання одноланцюгових молекул ДНК до частинок. В результаті з ними зв’язуються лише колоїди з доповнюючими ланцюгами ДНК. Зараз Пайн та його колеги розширили цю концепцію, щоб також контролювати вирівнювання цих облігацій. Для цього вони спочатку розташували до семи полістиролових сфер з різною геометрією та інкапсулювали їх таким чином, щоб стирчав лише невеликий переріз сфер. Потім дослідники модернізували симетрично розподілені "острови" до конкретних місць стикування за допомогою ниток ДНК. Ця процедура дозволила їм точно визначити кількість зв’язків, які може утворити синтезована частинка. Це так зване значення зв’язку призводить до того, що частинки з’єднуються незалежно в характерних розташуваннях - як атоми в молекулах [1].
В експериментах групи підготовлені колоїди перетворилися на структури, що нагадують лінійні діоксид вуглецю, тригональний плоский трифторид бору або молекули тетраедричного метану. Ця робота є великим кроком вперед, пишуть Метью Джонс і Чад Міркін з Північно-Західного університету в Еванстоні, штат Іллінойс, у супровідному тексті [2]. Таким чином, відповідно до принципу знизу вгору, можуть бути побудовані значно складніші конструкції з менших компонентів, ніж це було можливо раніше. До цього часу вчені намагалися застосувати точки стикування до частинок з необхідною точністю і конкретно визначити допустимі осі зв’язку таким чином.
Новий підхід дозволяє збирати частинки з різними властивостями у безлічі конфігурацій, відстань та зв’язок між частинками можна регулювати за допомогою довжини та послідовності молекул ДНК, а симетрія та кількість точок стикування дозволяють різноманітні геометрії. У майбутньому група Пайн хотіла б використовувати цей метод для отримання не тільки штучних молекул, а й нових функціональних матеріалів з індивідуальними властивостями, таких як фотонні кристали з точно визначеними дефектами. Однак перешкодою, яку ще потрібно подолати, є виробництво достатньої кількості підготовлених колоїдів.