自我组装被提升到了一个新的水平

【字体: 时间:2022年10月03日 来源:Nature

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  一组物理学家创造了一种自组装粒子的新方法,这一进步为在微观层面上制造复杂和创新的材料提供了新的希望。

  
   

Microscopic droplets    

图像:显微镜图像显示,在粘性DNA链的介导下,蓝色和黄色交替液滴通过蓝-蓝、蓝-黄、最后黄-黄相互作用折叠成冠状几何。微观液滴通过粘性DNA链相互作用,独特地折叠成定义明确的形状,如图所示。    

图片由Brujic实验室提供

一组物理学家创造了一种自组装粒子的新方法,这一进步为在微观层面上制造复杂和创新的材料提供了新的希望。自组装技术于21世纪初问世,它为科学家提供了一种对粒子进行“预编程”的方法,使其能够在不需要人为干预的情况下构建材料——就像宜家家具可以自我组装一样。这一突破发表在Nature,是乳剂——油滴浸入水中,以及它们在折叠器自组装中的应用。折叠器是一种独特的形状,可以从理论上通过油滴相互作用的顺序来预测。

这种自组装过程借鉴了生物学领域的知识,利用胶体来模仿蛋白质和RNA的折叠。在这项工作中,研究人员在水中创造了微小的油基水滴,这些水滴拥有作为组装“指令”的DNA序列阵列。这些液滴首先组装成灵活的链,然后通过粘性DNA分子依次坍塌或折叠。这种折叠产生了十几种类型的折叠器,进一步的特异性可以编码600种可能的几何形状的一半以上。

纽约大学物理系教授、研究人员之一Jasna Brujic解释说:“能够对胶体结构进行预编程,为我们创造具有复杂和创新性能的材料提供了手段。我们的工作展示了如何独特地创建数百个自组装几何图形,为下一代材料的创建提供了新的可能性。”

研究人员还包括纽约大学物理系的博士后Angus McMullen。科学家们强调了这种方法的反直觉性和开拓性:它不需要大量的积木来编码精确的形状,它的折叠技术意味着只需要少数几个积木,因为每个积木都可以采用多种形式。Brujic解释说:“不像拼图游戏,每一块都是不同的,我们的过程只使用两种类型的粒子,这大大减少了编码特定形状所需的构建块的种类。创新之处在于,它使用了类似蛋白质的折叠方式,但其长度是蛋白质的1000倍——大约是一根头发的十分之一。这些粒子首先结合在一起形成一个链,然后根据预先编程的相互作用折叠,引导链通过复杂的路径形成独特的几何形状。获得形状词典(a lexicon of shapes)的能力为进一步组装成更大规模的材料打开了道路,就像蛋白质在生物学中分层聚合建立细胞分隔区一样。”

描述这一过程的图像和产生的形状可以从谷歌驱动器下载。



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