Materiale noi coloidale în autoorganizare - Spectrul științei
Coloizi: materiale noi în autoorganizare
Micile particule plutesc în lichid sau aer în sânge, cerneală sau fum. În formă concentrată, acești așa-numiți coloizi se aglomerează de obicei într-un mod dezordonat și necontrolat. Prin intermediul diferitelor puncte de ancorare pe astfel de particule, cercetătorii care lucrează cu David Pine de la Universitatea din New York sunt acum capabili să le reunească independent în ansambluri moleculare - cu o gamă largă de forme geometrice. În principiu, ar trebui să fie posibilă și producerea de materiale cu proprietăți personalizate cu atomii artificiali.
Particulele de dimensiuni micrometrice se atașează de obicei la particulele învecinate în orice punct de pe suprafața lor, fără a prefera altele specifice. Abordările anterioare au atins selectivitatea prin adăugarea de molecule de ADN monocatenar la particule. Drept urmare, de ele se leagă numai coloizi cu fire ADN complementare. Pine și colegii săi au extins acum acest concept pentru a controla și alinierea acestor legături. Pentru a face acest lucru, au aranjat mai întâi până la șapte sfere de polistiren în geometrii diferite și le-au încapsulat în așa fel încât să iasă doar o mică secțiune a sferelor. Cercetătorii au îmbunătățit apoi „insulele” distribuite simetric la site-uri de andocare specifice cu ajutorul șuvițelor de ADN. Această procedură le-a permis să determine cu precizie numărul de legături pe care le poate forma particula sintetizată. Această așa-numită valoare a legăturii duce la faptul că particulele se unesc independent în aranjamente caracteristice - cum ar fi atomii din molecule [1].
În experimentele grupului, coloizii preparați au dus la structuri care amintesc de dioxid de carbon liniar, trifluorură de bor planar trigonal sau molecule de metan tetraedric. Această lucrare este un mare pas înainte, scriu Matthew Jones și Chad Mirkin de la Northwestern University din Evanston, Illinois, într-un text însoțitor [2]. În acest fel, în conformitate cu principiul ascendent, structuri semnificativ mai complexe pot fi construite din componente mai mici decât era posibil anterior. Până în prezent, oamenii de știință s-au străduit să aplice punctele de andocare asupra particulelor cu precizia necesară și să definească în mod specific axele de legătură permise în acest mod.
Noua abordare permite asamblarea particulelor cu proprietăți diferite într-o multitudine de configurații, lungimea și secvența moleculelor ADN permit setarea spațiului și legătura dintre particule, iar simetria și numărul locurilor de andocare permit diverse geometrii. În viitor, grupul lui Pine ar dori să folosească această metodă pentru a produce nu numai molecule artificiale, ci și materiale noi funcționale cu proprietăți personalizate, cum ar fi cristale fotonice cu defecte definite cu precizie. Cu toate acestea, un obstacol care trebuie depășit este producerea unei cantități suficiente de coloizi pregătiți.