Ibland kommer de bästa upptäckterna av misstag. Ett team av forskare vid Washington University i St. Louis, under ledning av Srikanth Singamaneni, Doktorsexamen, biträdande professor i maskinteknik och materialvetenskap, hittade oväntat mekanismen genom vilken små enstaka molekyler spontant växer till centimeterlånga mikrorör genom att lämna en maträtt för ett annat experiment i kylskåpet.
När Singamaneni och hans forskargrupp, inklusive Abdennour Abbas, Doktorsexamen, en tidigare postdoktor vid Washington University, Andrew Brimer, en högskoleexamen med maskinteknik, och Limei Tian, en fjärdeårs doktorand, såg att dessa molekyler hade blivit mikrorör, de gav sig ut för att ta reda på hur.
Att göra så, de tillbringade cirka sex månader med att undersöka processen i olika längdskalor (nano till mikro) med hjälp av olika mikroskopi- och spektroskopitekniker.
Resultaten publicerades i tidningen Små .
"Det vi visade var att vi faktiskt kan se självmontering av små molekyler över skalor med flera längder, och för första gången, sytt dessa längdskalor för att visa hela bilden, "Singamaneni säger." Denna hierarkiska självorganisation av molekylära byggstenar är utan motstycke eftersom den initieras från en enda molekylär kristall och drivs av vesiklulär dynamik i vatten. "
Självmontering, en process där en störd samling av komponenter ordnar sig i en ordnad struktur, är av växande intresse som ett nytt paradigm för att skapa mikro- och nanoskala strukturer och funktionella system och delsystem. Detta nya tillvägagångssätt för att göra nano- och mikrostrukturer och enheter förväntas ha många tillämpningar inom elektronik, optik och biomedicinska tillämpningar.
Teamet använde små molekyler p-aminotiofenol (p-ATP) eller p-aminofenyldisulfid tillsatt till vatten med en liten mängd etanol. Molekylerna monterades först i nanovesiklar och sedan i mikrovesiklar och så småningom i centimeterlånga mikrotubuli. Blåsorna fastnar på rörets yta, gå längs ytan och fästa sig, vilket får röret att växa längre och bredare. Hela processen tar bara några sekunder, med en tillväxthastighet på 20 mikron per sekund.
"Även om det var spännande att se självmonteringen av dessa molekyler, vi är ännu mer upphetsade över konsekvenserna av självmontering av sådana små molekyler, "Singamaneni säger." Denna mekanism kan användas för att ladda blåsorna med önskade makromolekyler, såsom proteiner, antikroppar eller antibiotika, till exempel, och bygga mikrorör med en biologisk funktion. "
Singamaneni säger att hans forskargrupp samarbetade med forskare i Singapore som är experter på molekylära kristaller, samt med kollegor på kemiska institutionen.
"Vi hoppas att när vi kan samla ihop några funktionella nanostrukturer tillsammans med dessa små molekyler, då kan dessa molekylära enheter ha tillämpningar i biologiska sensorer och kemiska sensorer, "Säger Singamaneni.
