(PhysOrg.com)-Forskare vid University of Glasgow har avbildat självmontering av nanopartiklar, avslöjar planen för att bygga designmolekylära maskiner atom-för-atom.
Att räkna ut hur nanopartiklar byggs är nyckeln till att utveckla nya "intelligenta material", elektroniska enheter, och förstå biomaskineriet som fungerar i levande celler.
Möjligheten att kontrollera denna självmontering har djupa konsekvenser för utvecklingen av ny teknik samt förståelsen för grunden för komplex kemi, och till exempel livets ursprung.
I en studie som rapporterades i tidskriften Science den här veckan, forskare i Glasgow, tillsammans med kollegor vid universitetet i Bielefeld, Tyskland, utarbetade ett experiment som gjorde det möjligt för dem att observera molekyler som konstruerades kring det som tycktes vara ett övergående mallkluster.
Experimentet innefattade konstruktion av ett flödesreaktorsystem för montering av nanopartiklar under dynamiska "flödande" förhållanden. Detta nya experimentella tillvägagångssätt gör att självmontering kan undersökas på ett nytt sätt på nano-nivå, ger upphov till oöverträffad mekanistisk information som avslöjar komplexiteten i molekylär självmontering.
Självmontering beskriver processen genom vilken objekt bildar ett särskilt arrangemang utan någon extern manipulation.
Under experimentet, forskarna observerade självmonteringen av molybdenoxidhjulmolekyler runt en mellanliggande struktur i mitten av hjulet som de fann var "mallen" eller ställningen som användes för att konstruera den större molekylen. Efter fullbordandet av molybdenoxidhjulmolekylen, som bara är 3,6 nanometer i diameter, mallen matades ut, frigör det för att upprepa processen.
Forskarna kunde ‘fotografera’ denna process och mallen med hjälp av röntgenkristallografi.
Professor Leroy Cronin, Gardiner ordförande i kemi, Institutionen för kemi, som utarbetade och ledde studien, sade:”Detta framsteg är mycket viktigt eftersom vi vid konstruktionen av molekylära nanoobjekt måste lita på 'självmontering' där nanoskalaobjekten bygger sig själv-en process som är nästan omöjlig att förstå eller kontrollera med hjälp av nuvarande stegvisa kemiska syntesmetoder
"Därför, Att förstå monteringsprocessen är avgörande för att vi ska skapa ett nytt sortiment av funktionella nanoobjekt.
"Denna upptäckt kan leda vägen för en konstruerad montering av en hel rad exakt definierade nanopartiklar med applikationer inom elektronik, medicin, och katalys för att möjliggöra design av intelligenta eller smarta nanosensorer och nanofunktionella maskiner, för att inte tala om de grundläggande konsekvenserna för montering av komplexa kemiska system, det mest spektakulära exemplet är levande celler. ”
Tanken med "molekylära maskiner", populariserades av den amerikanska ingenjören Eric Drexler från 1970 -talet och innebär att man kontrollerar molekylernas positioner i kemiska reaktioner för att uppnå önskat resultat.
Även om forskare redan kan syntetisera många ämnen och material inom kemi genom interaktioner mellan olika föreningar, på nanoskala blir uppgiften nästan omöjlig eftersom den blir svårare att kontrollera.
Cronin tillade:”Detta resultat är oerhört intressant, inte bara får vi 'bild' självmontering för första gången med denna typ av flödessystem, denna upptäckt kommer att tillåta oss att utforma nya typer av ritningar som kan göra det möjligt att montera en helt ny klass av designernano-partiklar som öppnar en helt ny värld av upptäckter och applikationer.
"Detta tillvägagångssätt kommer också att ge information om trovärdigheten för självmontering som är av stort aktuellt intresse, särskilt relaterat till hälsoeffekterna av nanopartiklar i vår miljö".
Pappret, med titeln:'Unveiling the Transient Template in the Self-Assembly of a Molecular Oxide Nanowheel' är omslagsberättelsen i den senaste upplagan av tidskriften Vetenskap .
