物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)粒子如何自組裝

一組物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了 DNA 分子如何根據(jù)組裝指令自組織成顆粒之間的粘性貼片。其研究結(jié)果為一種創(chuàng)新方法提供了“概念證明”，以生產(chǎn)顆粒之間具有明確定義的連接的材料。

這項工作報告在美國國家科學(xué)院院刊上。

“我們表明，人們可以對粒子進(jìn)行編程，以制造具有定制特性的定制結(jié)構(gòu)，”紐約大學(xué)物理系教授兼研究人員之一賈斯納·布魯伊克 (Jasna Brujic) 解釋說。“雖然起重機(jī)、鉆頭和錘子在建造建筑物時必須由人類控制，但這項工作揭示了人們?nèi)绾卫梦锢韺W(xué)來制造‘知道’如何自行組裝的智能材料。”

長期以來，科學(xué)家們一直在尋找分子自組裝的方法，并在許多方面取得了突破。然而，較少開發(fā)的是這些微小顆粒與預(yù)先編程的鍵數(shù)自組裝的措施。

為了解決這個問題，Brujic 和她的同事、紐約大學(xué)物理系博士后研究員 Angus McMullen 和伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校機(jī)械科學(xué)與工程教授 Sascha Hilgenfeldt 進(jìn)行了一系列實(shí)驗，以捕捉—— - 并操縱 - DNA 分子在顆粒表面的行為。

在微米級運(yùn)行——顆粒只有一?；覊m的 1/25——它們將微小的液滴浸入液體溶液中。附著在這些液滴上的是“DNA 接頭”——具有“粘性末端”的分子工具，可以混合和匹配以形成研究人員所需的一系列結(jié)構(gòu)。

“這個過程的美妙之處在于我們可以對特定材料的屬性進(jìn)行編程，使其可以是有彈性的或易碎的，甚至一旦斷裂就具有自愈能力，因為鍵可以可逆地形成和斷裂，”布魯伊奇觀察到。“創(chuàng)作者可以決定放入 5 個粒子，它們只粘在另一個粒子上，10 個粒子粘在兩個粒子上，20 個粒子粘在三個粒子上，或者任何其他組合。這將使您能夠構(gòu)建具有特定拓?fù)浠蚣軜?gòu)的材料。”

可以從Google Drive下載描述此過程的視頻(圖片來源：Angus McMullen/紐約大學(xué)物理系)。

這項工作得到了美國國家科學(xué)基金會材料研究科學(xué)與工程中心 (MRSEC) 計劃 (NSF DMR-1420073、NSF PHY17-48958 和 NSF DMR-1710163) 的支持。

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