Simulering af tiltrækningen af ​​zwitterioniske Janus-partikler

Forskere fra Forskningscenteret for Avanceret Videnskab og Teknologi og Institut for Industriel Videnskab ved University of Tokyo brugte en ny computersimulering til at modellere den elektrostatiske selvorganisering af zwitterioniske nanopartikler, som er nyttige til lægemiddellevering. De fandt ud af, at inkluderende transiente ladningsudsving i høj grad øgede nøjagtigheden, hvilket kan hjælpe med at føre til udviklingen af ​​nye selvsamlende smarte nanomaterialer.

I den gamle romerske mytologi var Janus guden for både begyndelser og slutninger. Hans dobbelte natur blev ofte afspejlet i hans skildring med to ansigter. Han lægger også navn til såkaldte Janus-partikler, som er nanopartikler, der indeholder to eller flere forskellige fysiske eller kemiske egenskaber på deres overflade. En lovende "to-sidet" løsning bruger zwitterioniske partikler, som er kugler med en positivt ladet side og en negativt ladet side. Forskere håber at skabe selvorganiserende strukturer, som kan aktiveres ved ændringer i en opløsnings saltkoncentration eller pH. Denne form for "bottom-up"-teknik kræver dog mere nøjagtige computersimuleringer at implementere.

Nu har et team af forskere fra The Research Center for Advanced Science and Technology og Institute of Industrial Science ved Tokyo University skabt en ny computermodel, der inkorporerer forbigående udsving i forandringsfordelingerne på overfladen af ​​de partikler, der kan give anledning til til et bredere udvalg af strukturer sammenlignet med nuværende software. "Simulering af den dynamiske dissociation eller sammenslutning af ioniseringsgrupper er i sagens natur mere udfordrende og skal gentages gentagne gange, indtil der opnås selvkonsistente resultater," siger førsteforfatter Jiaxing Yuan.

Forskerne viste, at den tidligere metode med at antage, at hver af partiklerne bærer en konstant ladning, kan give unøjagtige resultater. For at simulere den mulige overgang til kompakte klynger, i stedet for udelukkende at producere aflange tråde, skulle computeren inkludere kortvarige udsving i overfladeladningen. Disse forskelle er især mærkbare ved lav saltkoncentration og høj elektrostatisk koblingsstyrke.

I levende organismer folder proteiner sig til meget specifikke former baseret i høj grad på tiltrækningen mellem de positivt og negativt ladede områder. I fremtiden vil kunstigt designede partikler muligvis være i stand til at samle sig selv, når de udløses af en ændring i forhold. "Med zwitterioniske partikler håber vi at skabe funktionelle materialer med afstembare egenskaber, der ligner selvorganiseringen af ​​ladede proteiner," siger seniorforfatter Hajime Tanaka.

Forskningen blev offentliggjort i Physical Review Letters . + Udforsk yderligere

Mikromiljøpåvirkninger på kunstige mikromotorer