Kemikere laver legedej / Lego-lignende hybrid for at skabe små byggeklodser

Playdough og lego er blandt de mest populære byggeklodser i barndommen. Men hvad kunne du bruge, hvis du ville skabe noget virkelig lille - en struktur mindre end bredden af ​​et menneskehår?

Det viser sig, et hold kemikere har fundet, dette kan opnås ved at skabe partikler, der har både legedej og lego-træk.

Disse "plettede partikler, " beskrevet i det seneste nummer af tidsskriftet Natur , er 1/200 af bredden af ​​et menneskehår og kan danne endeløse arkitekturer fra en håndfuld grundlæggende stykker. Og i modsætning til deres større kolleger, disse partikler kan samle sig selv.

"Forestil dig, at du vil bygge et slot, men i stedet for at håndplukke murstenene og tålmodigt forbinde dem én efter én, du ryster blot kassen med stykker, så de på magisk vis forbinder hinanden og danner et fuldt udstyret slot, " siger Stefano Sacanna, en adjunkt i New York University Department of Chemistry og en af ​​skaberne. "Disse smarte partikler repræsenterer et vigtigt skridt fremad for realiseringen af ​​selvsamlende nye materialer og mikromaskiner."

Denne proces - selvsamling af forudbestemte mikroarkitekturer - ligner den måde, atomkrystaller selv samler sig på fra en specifik blanding af atomare byggesten.

"I naturen, ekstremt præcise arkitekturer, såsom krystaller, vokser problemfrit fra tilfældige supper af atomer, " forklarer Sacanna. "Ved at bruge lignende principper, vi kan fremstille ekstremt præcis mikroarkitektur uden menneskelig indgriben."

"Kolloid selvsamling har potentialet til at revolutionere 3D-print, " tilføjer han. "Dette kunne opnås ved ikke blot at reducere størrelsen af ​​de trykte arkitekturer yderligere, men også ved at give os mulighed for at 'printe' funktionelle arkitekturer. Lad os sige, at du vil udskrive en modelbil - ved hjælp af kolloid selvsamling, du kunne printe en bil, der er en brøkdel af en millimeter, og som en dag rent faktisk kunne køre!"

For videnskabsmænd, imidlertid, miniaturisering udgør i øjeblikket en formidabel udfordring.

Den direkte manipulation af "byggesten", der er 10 eller endda 100 gange mindre end en menneskelig celle, er vanskelig. En mere effektiv tilgang er at kopiere, hvad Sacanna kalder naturens "fremstillingsteknologi":selvmontering. Det her, imidlertid, kræver evnen til at designe og fremstille byggeklodser, der ved, hvad de skal gøre, og hvor de skal hen.

Teknologien, der er udviklet i Sacannas laboratorium, gør det muligt at skabe sådanne mikroskopiske byggeklodser og give dem en instruktionsmanual, der fortæller dem, hvordan de skal forbindes med nabopartikler.

"Disse partikler vil hjælpe os med at forstå - og tillade at efterligne - de selvsamlende mekanismer, som naturen bruger til at generere kompleksitet og funktionaliteter ud fra simple byggeklodser, " han siger.

Sacanna og hans kollega Gi-Ra Yi, en professor ved School of Chemical Engineering ved Sungkyunkwan University (SKKU) i Suwon, Sydkorea, sammen med NYU kandidatstuderende Zhe Gong og Theodore Hueckel, skabte disse plettede partikler via en ny syntetisk metode kaldet "kolloid fusion, "hvilket ikke er ulig, hvordan forskellige stykker legedej er stykket sammen.

Mens legedej indebærer at presse forskellige farver af ler sammen, kolloid fusion kombinerer forskellige kemiske funktionaliteter for at skabe multifunktionelle - i modsætning til flerfarvede - partikler, der også indeholder instruktioner til selvsamling. Denne proces opnås ved at implementere software - kaldet "Surface Evolver" - som er en simuleringspakke, der ligner den softwareingeniører bruger til at designe bygninger.

"Softwaren giver os mulighed for at forudsige, hvordan en indledende klynge vil udvikle sig, når den 'klemmes', og hvordan den resulterende multifunktionelle partikelformede partikel vil se ud, " bemærker Sacanna.