Natuurkundigen ontdekken hoe deeltjes zichzelf assembleren

Een team van natuurkundigen heeft ontdekt hoe DNA-moleculen zichzelf organiseren in plakkerige plekken tussen deeltjes als reactie op montage-instructies. Zijn bevindingen bieden een “proof of concept” voor een innovatieve methode voor het produceren van materialen met goed gedefinieerd interdeeltjescontact.

Er is werk gemeld in Proceedings van de National Academy of Sciences.

“We laten zien dat je deeltjes kunt programmeren om op maat ontworpen structuren met aangepaste eigenschappen te maken”, legt Jasna Projek uit, een professor aan de New York University Department of Physics en een van de onderzoekers. “Terwijl vijzelsBoren en hamers moeten door mensen worden bestuurd bij het bouwen van gebouwen, en dit werk laat zien hoe je natuurkunde kunt gebruiken om slimme materialen Ze weten hoe ze zichzelf moeten samenstellen.

Wetenschappers hebben lang gezocht naar een manier waarop moleculen zichzelf kunnen assembleren en hebben op veel fronten doorbraken bereikt. Minder geavanceerde procedures zijn echter de schalen waarop deze kleine deeltjes zichzelf assembleren met een voorgeprogrammeerd aantal bindingen.

Om dit aan te pakken, voerden Projek en haar collega’s, Angus McMullen, een postdoctoraal onderzoeker in de New York University Department of Physics, en Sascha Hilgenfeldt, hoogleraar mechanische wetenschappen en engineering aan de University of Illinois, Urbana-Champaign, een reeks experimenten uit om het gedrag van DNA-moleculen op deeltjesoppervlakken vastleggen – en manipuleren.

Werkend op micronniveau – met deeltjes gelijk aan 1/25 de grootte van een stofatoom – worden minuscule druppeltjes ondergedompeld in een vloeibare oplossing. Deze ‘DNA-links’ waren aan deze druppeltjes gehecht –moleculaire hulpmiddelen Ze hebben “kleverige uiteinden” waarmee ze kunnen mixen en matchen om het scala aan structuren te vormen dat de onderzoekers wensen.

“Het mooie van deze procedure is dat we de eigenschappen van een bepaald materiaal kunnen programmeren, zodat het flexibel of broos kan zijn, of zelfs het vermogen heeft om zichzelf te herstellen als het eenmaal is verbroken, waarbij bindingen omkeerbaar kunnen worden gemaakt en verbroken, ” merkt Project op. “Creators kunnen besluiten om vijf deeltjes te plaatsen die gewoon aan elkaar blijven plakken, 10 die aan twee blijven plakken en 20 die aan drie blijven plakken, of een andere combinatie. Hiermee kun je materialen bouwen met specifieke structuren of structuren.”