Новости химической науки > Коллоидные частицы образуют упорядоченные структуры, как и атомы

Благодаря новой стратегии сборки появилась возможность объединять коллоидные частицы в сложные системы примерно таким же способом, которым атомы комбинируются, образуя молекулы. Результаты работы могут оказаться полезными для создания новых функциональных материалов из коллоидных частиц с особенными оптическими свойствами.

Специалистам по органической, равно как и неорганической химии повезло – образующие молекулы или кристаллические решетки атомы можно расположить в предопределенной последовательности, контролируя характер и тип их связывания друг с другом. Специалистам по коллоидной химии повезло меньше – вся сферическая поверхность любой коллоидной частицы однородна по способности слипаться с другой подобной частицей, из-за чего организация и усложнение структуры коллоидных частиц идет практически неуправляемо, что затрудняет дизайн и создание трехмерных систем заданной формы из коллоидных частиц.

Использование наночастиц с заплатками, модифицированными ДНК заплатками, позвуляет получать системы с заданной симметрией. (Рисунок из Nature, 2012, DOI: 10.1038/nature11564)

Исследователи из Университета Нью-Йорка, работающие под руководством Дэвида Пайна (David J. Pine), нашли способ создания подобия валентности для коллоидных частиц таким образом, что появилась возможность сборки коллоидных частиц в структуры с предсказуемой формой и геометрией примерно также, как атомы комбинируются с образованием молекул.

Для этого исследователи взяли микросферы из поперечно-сшитого производного полистирола, диаметр таких сфер составлял от 540 до 850 нм в диаметре, после чего позволили этим сферам организоваться в гантелеобразные, треугольные и тетраэдрические кластеры. Затем они ввели в систему стирол и инициировали реакцию полимеризации таким образом, что кластер увеличивался в размерах. В результате были получены частицы, содержащие центральное ядро с фрагментами, выступающими относительно исходного кластера.

Подобные выступы можно функционализировать одноцепочечными нитями ДНК, чтобы эти нити могли связываться с комплементарными цепями олигонуклеотида, связанными с другими частицами. Использование такой стратегии позволило исследователям получить «коллоидные молекулы» с линейной, треугольной и тетраэдрической симметрией.

Специалисты по химии материалов из Севреро-западного Университета Мэтью Джонс (Matthew R. Jones) и Чад Миркин (Chad A. Mirkin) отмечают, что синтез «искусственных атомов» был давней целью специалистов по коллоидной химии, а работа Пайна – прекрасный пример того, как можно модифицировать традиционные способы получения наносистем «снизу» – переход от простых и меньших по размеру к большим и более сложным композициям.

Источник: Nature, 2012, DOI: 10.1038/nature11564

метки статьи: #биохимия, #межмолекулярные взаимодействия, #нанотехнологии, #химия поверхности, #химия полимеров