Forskere fotograferer selvmontering af nanopartikler

(PhysOrg.com)-Forskere ved University of Glasgow har afbildet selvsamling af nano-partikler, afsløring af planen for at bygge designer molekylære maskiner atom-for-atom.

At finde ud af, hvordan nano-partikler er bygget, er nøglen til at udvikle nye 'intelligente materialer', elektroniske anordninger, og forståelse af bio-maskineriet, der fungerer i levende celler.

Evnen til at kontrollere denne selvsamling har dybe konsekvenser for udviklingen af ​​nye teknologier samt forståelse af grundlaget for kompleks kemi, og f.eks. livets oprindelse.

I en undersøgelse rapporteret i tidsskriftet Science i denne uge, forskere i Glasgow, sammen med kolleger ved universitetet i Bielefeld, Tyskland, udtænkt et eksperiment, der gjorde dem i stand til at observere molekyler, der blev konstrueret omkring det, der syntes at være en forbigående skabelonklynge.

Eksperimentet involverede konstruktionen af ​​et flowreaktorsystem til samling af nano-partikler under dynamiske 'flydende' betingelser. Denne nye eksperimentelle tilgang gør det muligt at undersøge selvsamling på en ny måde på nano-niveau, giver anledning til hidtil uset mekanistisk information, der afdækker kompleksiteten ved molekylær selvsamling.

Selvmontering beskriver den proces, ved hvilken objekter danner et bestemt arrangement uden nogen ydre manipulation.

Under forsøget, forskerne observerede selvsamlingen af ​​molybdænoxidhjulmolekyler omkring en mellemliggende struktur i midten af ​​hjulet, som de fandt ud af at være 'skabelonen' eller stilladset, der blev brugt til at konstruere det større molekyle. Efter færdiggørelsen af ​​molybdænoxidhjulmolekylet, som kun er 3,6 nanometer i diameter, skabelonen blev skubbet ud, frigør det til at gentage processen.

Forskerne var i stand til at 'fotografere' denne proces og skabelonen ved hjælp af røntgenkrystallografi.

Professor Leroy Cronin, Gardiner stol i kemi, Institut for Kemi, der udtænkte og ledede undersøgelsen, sagde:“Dette fremskridt er meget vigtigt, da vi i konstruktionen af ​​molekylære nano-objekter må stole på 'selvsamling', hvor nanoskalaobjekterne bygger sig selv-en proces, der er næsten umulig at forstå eller kontrollere ved hjælp af nuværende trinvis kemiske syntesetilgange

"Derfor, forståelse af samlingsprocessen er afgørende, hvis vi skal skabe en ny række funktionelle nano-objekter.

“Denne opdagelse kan føre vejen for den konstruerede samling af en hel række præcist definerede nanopartikler med applikationer inden for elektronik, medicin, og katalyse for at tillade design af intelligente eller smarte nanosensorer og nanofunktionelle maskiner, for ikke at nævne de grundlæggende konsekvenser for samling af komplekse kemiske systemer, det mest spektakulære eksempel er levende celler. ”

Ideen om 'molekylære maskiner', blev populær af den amerikanske ingeniør Eric Drexler fra 1970'erne og involverer styring af molekylernes positioner i kemiske reaktioner for at opnå det ønskede resultat.

Mens forskere allerede kan syntetisere mange stoffer og materialer i kemi gennem interaktioner mellem forskellige forbindelser, på nanoskala bliver opgaven næsten umulig, fordi den bliver sværere at kontrollere.

Cronin tilføjede:“Dette resultat er massivt interessant, ikke kun kommer vi til 'image' selvsamling for første gang ved hjælp af denne type flowsystem, denne opdagelse vil give os mulighed for at udtænke nye former for blueprint, der kunne tillade samling af en helt ny klasse af designer nano-partikler, der åbner en helt ny verden af ​​opdagelser og applikationer.

"Denne tilgang vil også give information om troværdigheden ved selvsamling, som er af stor aktuel interesse, især relateret til sundhedsmæssige virkninger af nano-partikler i vores miljø".

Papiret, med titlen:'Unveiling the Transient Template in the Self-Assembly of a Molecular Oxide Nanowheel' er dækhistorien i den seneste udgave af tidsskriftet Videnskab .