Fysikere tager selvsamling til et nyt niveau ved at efterligne biologi

Et team af fysikere har skabt en ny måde at selvsamle partikler på - et fremskridt, der giver nye løfter om at bygge komplekse og innovative materialer på mikroskopisk niveau.

Selvmontering, som blev introduceret i begyndelsen af ​​2000'erne, giver forskere et middel til at "forprogrammere" partikler, hvilket giver mulighed for at bygge materialer uden yderligere menneskelig indgriben - den mikroskopiske ækvivalent til Ikea-møbler, der kan samle sig selv.

Gennembruddet, rapporteret i tidsskriftet Nature , centrerer sig om emulsioner - dråber af olie nedsænket i vand - og deres anvendelse i selvsamlingen af ​​foldemere, som er unikke former, der teoretisk kan forudsiges ud fra sekvensen af ​​dråbeinteraktioner.

Selvsamlingsprocessen låner fra biologiområdet og efterligner foldningen af ​​proteiner og RNA ved hjælp af kolloider. I Naturen arbejde, skabte forskerne små, oliebaserede dråber i vand, som besad en række DNA-sekvenser, der fungerede som monterings-"instruktioner". Disse dråber samles først i fleksible kæder og kollapser derefter sekventielt eller folder via klæbrige DNA-molekyler. Denne foldning giver et dusin typer af foldere, og yderligere specificitet kunne kode for mere end halvdelen af ​​600 mulige geometriske former.

"At være i stand til at forprogrammere kolloide arkitekturer giver os midlerne til at skabe materialer med indviklede og innovative egenskaber," forklarer Jasna Brujic, professor ved New York Universitys fysikafdeling og en af ​​forskerne. "Vores arbejde viser, hvordan hundredvis af selvsamlede geometrier kan skabes unikt, hvilket giver nye muligheder for at skabe den næste generation af materialer."

Forskningen omfattede også Angus McMullen, en postdoc ved NYU's Institut for Fysik, samt Maitane Muñoz Basagoiti og Zorana Zeravcic fra ESPCI Paris.

Forskerne understreger det kontraintuitive og banebrydende aspekt af metoden:I stedet for at kræve et stort antal byggeklodser for at kode præcise former, betyder dens foldeteknik, at kun få er nødvendige, fordi hver blok kan antage en række forskellige former.

"I modsætning til et puslespil, hvor hver brik er anderledes, bruger vores proces kun to typer partikler, hvilket i høj grad reducerer mangfoldigheden af ​​byggeklodser, der er nødvendige for at kode en bestemt form," forklarer Brujic. "Innovationen ligger i at bruge foldning på samme måde, som proteiner gør, men på en længdeskala, der er 1.000 gange større - omkring en tiendedel af bredden af ​​et hårstrå. Disse partikler bindes først sammen og danner en kæde, som derefter folder iht. til forprogrammerede interaktioner, der leder kæden gennem komplekse veje til en unik geometri."

"Evnen til at opnå et leksikon af former åbner vejen til yderligere samling til materialer i større skala, ligesom proteiner hierarkisk aggregerer for at bygge cellulære rum i biologi," tilføjer hun. + Udforsk yderligere

Fysikere opdager, hvordan partikler samler sig selv