Playdough och legos är bland de mest populära byggstenarna i barndomen. Men vad skulle du kunna använda om du ville skapa något riktigt litet – en struktur som är mindre än ett människohår?

Det visar sig, ett team av kemister har hittat, detta kan uppnås genom att skapa partiklar som har både lekdeg och legoegenskaper.

Dessa "fläckiga partiklar, " beskrivs i det senaste numret av tidskriften Natur , är 1/200 av bredden på ett människohår och kan bilda oändliga arkitekturer från en handfull grundläggande delar. Och till skillnad från deras större motsvarigheter, dessa partiklar kan självmontera.

"Tänk dig att du vill bygga ett slott, men istället för att handplocka tegelstenarna och tålmodigt koppla dem en efter en, du skakar helt enkelt lådan med bitar så att de på magiskt sätt ansluter till varandra och bildar ett fullfjädrat slott, " säger Stefano Sacanna, en biträdande professor vid New York University Department of Chemistry och en av skaparna. "Dessa smarta partiklar representerar ett viktigt steg framåt för förverkligandet av självmonterande nya material och mikromaskiner."

Denna process - självmontering av förutbestämda mikroarkitekturer - liknar det sätt på vilket atomkristaller självmonteras från en specifik blandning av atomära byggstenar.

"I naturen, extremt exakta arkitekturer, som kristaller, växa sömlöst från slumpmässiga soppor av atomer, "förklarar Sacanna." Genom att använda liknande principer, vi kan tillverka extremt exakt mikroarkitektur utan mänsklig inblandning."

"Kolloidal självmontering har potentialen att revolutionera 3D-utskrift, " tillägger han. "Detta kan uppnås genom att inte bara minska storleken på de tryckta arkitekturerna ytterligare, men också genom att låta oss 'skriva ut' funktionella arkitekturer. Säg att du vill skriva ut en modellbil- med hjälp av kolloidal självmontering, du kan skriva ut en bil som är en bråkdel av en millimeter och som någon gång faktiskt skulle kunna köra! "

För vetenskapsmän, dock, miniatyrisering utgör för närvarande en enorm utmaning.

Den direkta manipulationen av "konstruktionstegelstenar" som är 10 eller till och med 100 gånger mindre än en mänsklig cell är svår. Ett mer effektivt tillvägagångssätt är att replikera vad Sacanna kallar naturens "tillverkningsteknik":självmontering. Detta, dock, kräver förmågan att designa och tillverka byggstenar som vet vad de ska göra och vart de ska gå.

Tekniken som utvecklats i Sacannas labb gör det möjligt att skapa sådana mikroskopiska byggstenar och förse dem med en inbyggd bruksanvisning som talar om för dem hur de ska ansluta till närliggande partiklar.

"Dessa partiklar kommer att hjälpa oss att förstå - och tillåta att efterlikna - de självmonterande mekanismer som naturen använder för att generera komplexitet och funktionalitet från enkla byggstenar, " han säger.

Sacanna och hans kollega Gi-Ra Yi, en professor vid School of Chemical Engineering vid Sungkyunkwan University (SKKU) i Suwon, Sydkorea, tillsammans med NYU -doktorander Zhe Gong och Theodore Hueckel, skapade dessa fläckiga partiklar via en ny syntetisk metod som kallas "kolloidal fusion, " vilket inte är olik hur olika bitar av lekdeg är ihopsatta.

Medan lekdeg innebär att man pressar ihop olika färger av lera, kolloidal fusion slår samman olika kemiska funktioner för att skapa multifunktionella - i motsats till flerfärgade - partiklar som också innehåller instruktioner för självmontering. Denna process uppnås genom att distribuera mjukvara - kallad "Surface Evolver" - som är ett simuleringspaket som liknar programvaruingenjörerna för att designa byggnader.

"Mjukvaran låter oss förutsäga hur ett initialt kluster kommer att utvecklas när det "kläms" och hur den resulterande multifunktionella fläckiga partikeln kommer att se ut, " konstaterar Sacanna.