Forskare vid University of Tsukuba rapporterar om en ny procedur för att producera mikroskopiska enkristaller i form av ihåliga vaser baserade på spontan kristalltillväxt, vilket kan utgöra en källa till förvaringsbehållare för nanoteknologiska tillämpningar. Kredit:University of Tsukuba
Forskare från institutionen för materialvetenskap vid University of Tsukuba utvecklade en ny metod för att producera mikrometerskaliga enkristaller i form av ihåliga kärl. Genom att droppgjuta en etanollösning på ett kvartssubstrat kan molekylerna spontant samlas till rätt form. Denna forskning, publicerad i Science , kan öppna vägen för en ny rad experiment där kemiska processer kan innehållas i dessa mikroskopiska kärl.
Att placera en snygg skål gjord av kristall på en iögonfallande plats i ditt hus kan göra ett positivt intryck på dina gäster. Men en ännu mer imponerande bedrift skulle vara möjligheten att skapa ett sådant kärl som en enda mikroskopisk kristall. Även om vissa små organismer har varit kända för att uppvisa denna typ av expertis, kan det vara utmanande för forskare att på ett reproducerbart sätt tillverka dessa nanobehållare, eftersom okontrollerad tillväxt kan leda till missformade slutprodukter.
Nu har ett team av forskare vid University of Tsukuba rapporterat om en ny procedur för att reproducerbart skapa ihåliga kärlformade kristaller som är enhetliga i storlek och fästa på ett substrat med deras öppna sida vänd uppåt. Kristallerna odlades från molekyler som hade en paracyklofankärna och med fyra (metoxifenyl)etynylarmar, kallade (S)-CP4, eller dess spegelbildsmolekyl, (R)-CPP4. För att producera vaserna släpptes en uppvärmd lösning av (S)-CPP4 försiktigt på ett kvartssubstrat under omgivande förhållanden. När lösningen svalnade började molekylerna spontant kristallisera. "Med den här proceduren kunde vi uppnå synkron, enaxlig och stegvis tillväxt av mikrometerstora enkristaller", säger seniorförfattaren professor Yohei Yamamoto.
Teamet använde röntgenkristallografi och svepelektronmikroskopi för att studera de resulterande strukturerna. Kärlens sidoväggar växte utåt med hexagonal symmetri, vilket lämnade ett tomrum inuti fasetterna. Storleken på sidoväggarna visade sig vara nästan konstant, med en tjocklek på bara 500 nanometer. Forskarna visade också hur starka intermolekylära interaktioner ger kärlet mekanisk styrka. Många kristallkärl kan tillverkas samtidigt och en mängd olika former kan tillverkas. Till exempel ger överskott av kant- eller kroppstillväxt upphov till "blomma" respektive "juvelformer".
"Ihåliga kristaller med intrikata morfologier och välutvecklade kristallina kanter och fasetter kan vara mycket användbara som små behållare", säger professor Yamamoto. Som ett bevis på konceptet smälte teamet ett litet prov inuti ett kristallkärl och fann att den resulterande vätskan stannade inuti. På basis av detta kan vi kanske se en ny typ av mikrostor labbutrustning, där reaktioner kan utföras med extremt små mängder kemikalier. + Utforska vidare
