Forskere forklarer, hvorfor nogle molekyler spontant arrangerer sig selv i fem skiver af nanoskala tærte

I en bemærkelsesværdig selvsamlingsproces arrangerer visse molekyler sig spontant i fem ensartede skiver af nanoskala "tærte", der giver indsigt i de grundlæggende kræfter, der styrer molekylær organisation.

Holdet, ledet af forskere fra University of California, Berkeley og Paul Scherrer Institute, opdagede dette spændende fænomen, mens de studerede en klasse af molekyler kendt som calixarenes. Calixarener er kopformede molekyler, der kan arrangere sig selv i forskellige strukturer, når de blandes i opløsning.

Ved hjælp af en kombination af eksperimentelle teknikker og teoretisk modellering fandt forskerne ud af, at calixarener under specifikke forhold samler sig selv i fem forskellige lag eller "skiver" af nanometer-størrelse materiale. De resulterende strukturer ligner skiver af tærte, hvor hvert lag har en ensartet tykkelse og krumning.

Forskerne tilskriver denne spontane selvsamling balancen mellem tiltrækkende og frastødende kræfter mellem calixarene-molekylerne. Molekylernes flade, aromatiske ringe stables sammen for at danne lagene, mens de ladede grupper ved molekylets kanter frastøder hinanden og skaber mellemrummene mellem lagene.

Molekylers evne til selv at organisere sig i komplekse strukturer uden ekstern indgriben har betydelige konsekvenser for områder som materialevidenskab, nanoteknologi og supramolekylær kemi. Forståelse af de grundlæggende principper, der styrer disse selvsamlingsprocesser, kan føre til nye metoder til at designe funktionelle materialer og enheder i nanoskala.

Ud over de videnskabelige implikationer blev forskerne også slået af den æstetiske skønhed i de selvsamlede strukturer. Det ensartede, skivelignende arrangement af molekylerne skabte mønstre, der ligner abstrakt kunst eller endda landskaber set fra oven.

Opdagelsen af ​​disse selvsamlende calixarene-strukturer tilføjer til vores viden om de indviklede dansemolekyler, der optræder på nanoskala, og former verden omkring os på uventede og fascinerende måder.