Kompleks, porøs, chirale nanomønstre stammer fra en simpel lineær byggesten

Nanovidenskab kan arrangere små molekylære enheder i nanometriske mønstre på en ordnet måde ved hjælp af selvmonteringsprotokoller. Forskere ved det tekniske universitet i München (TUM) har funktionaliseret en simpel stavlignende byggesten med hydroxamsyre i begge ender. De danner molekylære netværk, der ikke kun viser kompleksiteten og skønheden ved monokomponent selvsamling på overflader; de udviser også enestående egenskaber.

Design af komponenter til molekylær selvsamling kræver funktionaliteter, der 'hænger sammen'. For eksempel, vores genetiske information er kodet i to DNA -tråde, lynes sammen i en 'spiraltrappe' dobbelt spiralstruktur i en selvsamlingsproces, der stabiliseres ved hydrogenbinding.

Inspireret af naturens 'lynlåse' forskere ved det tekniske universitet i München har til formål at konstruere funktionelle nanostrukturer for at skubbe grænserne for menneskeskabte strukturer.

Byggesten til komplekse nanostrukturer

Forskere ved det tekniske universitet i München, forskelligartet i disciplin, nationalitet og køn, gik sammen om at udforske en ny funktion i todimensionale arkitekturer:en kemisk gruppe ved navn hydroxamsyre.

En konceptuelt enkel byggesten blev fremstillet ved stolen for proteomik og bioanalytik:et stavlignende molekyle med en hydroxamsyregruppe i hver ende. Denne byggesten blev derefter overført til formanden for overflade- og grænsefladefysik, hvor dets samling blev inspiceret på atomisk plane sølv- og guldoverflader.

Et nanoporøst netværk

En kombination af avancerede mikroskopi -værktøjer, spektroskopi og tæthed funktionelle teoriundersøgelser fandt ud af, at den molekylære byggesten tilpasser sin form noget i miljøet på den understøttende overflade og dens nabomolekyler. Dette giver en usædvanlig mangfoldighed af supramolekylære overflademotiver:to til seks molekyler holdt sammen af ​​intermolekylære interaktioner.

Kun en håndfuld af disse motiver er selvorganiseret i 2-D krystaller. Blandt dem, et netværk uden sidestykke opstod, hvis mønstre fremkalder billeder af citronskiver, snefnug eller rosetter. De har tre porer af forskellig størrelse, der er i stand til tæt at holde individuelle små molekyler af gas, såsom kulilte, i de mindste, eller små proteiner som insulin i den største.

"I denne henseende det er en milepæl i tessellationerne opnået ved molekylære nanostrukturer og antallet af forskellige porer udtrykt i krystallinske 2-D-netværk, "siger Dr. Anthoula Papageorgiou, publikationens sidste forfatter. "Det giver således unikke muligheder inden for nano-templating bottom-up, som vi vil undersøge nærmere. "

Nanokager med et twist

Ligesom vores venstre og højre hånd, formen af ​​to spejlede burstrukturer kan ikke overlejres. Siden 1800 -tallet har akademikere har karakteriseret denne type objektsymmetri som 'chiral, 'fra den antikke græske betydning' hånd '. Disse slags molekyler findes ofte i naturlige forbindelser. Kiralitet påvirker interaktioner mellem polariseret lys og magnetiske egenskaber og spiller en afgørende rolle i livet.

For eksempel, vores olfaktoriske receptorer reagerer meget forskelligt på de to spejlbilleder af limonenmolekylet:den ene lugter som citron, den anden som fyr. Denne såkaldte kirale genkendelse er en proces, der kan afgøre, om et molekyle fungerer som medicin eller gift.

De indvendige vægge i de opnåede nanostrukturbure tilbyder steder, der kan lede gæstemolekyler. Forskerne observerede en sådan proces i nogle af de større porer, hvor tre af de samme molekyler blev samlet som et chiralt objekt. Ved stuetemperatur, dette objekt er i bevægelse, som en musikboksballerina, fører til et sløret billede.

I deres fremtidige arbejde, teamet håber at styre denne slags fænomener til kiral anerkendelse og kunstigt nanomaskineri.