Kolloid új anyagok az önszerveződésben - a tudomány spektruma
Kolloidok: Új anyagok az önszerveződésben
Apró részecskék folyadékban vagy levegőben lebegnek a vérben, tintában vagy füstben. Koncentrált formában ezek az úgynevezett kolloidok általában rendezetlen és kontrollálatlan módon összetapadnak. Az ilyen részecskék különböző dokkolási pontjai révén a New York-i Egyetem David Pine-vel dolgozó kutatók most már képesek biztosítani, hogy molekuláris asszociációkban - geometriai alakzatok széles skálájával - egymástól függetlenül egyesüljenek. Elvileg lehetővé kell tenni azt is, hogy a mesterséges atomokkal testre szabott tulajdonságokkal rendelkező anyagokat állítsanak elő.
A mikrométer nagyságú részecskék általában a felületük bármely pontján a szomszédos részecskékhez kapcsolódnak, anélkül, hogy specifikusakat preferálnának. A korábbi megközelítések szelektivitást értek el egyszálú DNS-molekulák hozzáadásával a részecskékhez. Ennek eredményeként csak a kiegészítő DNS-szálakkal rendelkező kolloidok kötődnek hozzájuk. Pine és munkatársai most kibővítették ezt a koncepciót, hogy ellenőrizzék ezen kötések összehangolását is. Ehhez először legfeljebb hét polisztirol gömböt rendeztek el különböző geometriákban, és úgy burkolták be őket, hogy a gömböknek csak egy kis része állt ki. A kutatók ezt követően a szimmetrikusan elosztott "szigeteket" DNS-szálak segítségével meghatározott dokkolóhelyekre fejlesztették. Ez az eljárás lehetővé tette számukra, hogy pontosan meghatározzák a szintetizált részecske által képződhető kötések számát. Ez az úgynevezett kötési érték ahhoz a tényhez vezet, hogy a részecskék egymástól függetlenül kapcsolódnak össze jellegzetes elrendezésekben - mint a molekulák atomjai [1].
A csoport kísérleteiben az elkészített kolloidok olyan szerkezetekké váltak, amelyek lineáris szén-dioxidra, trigonális sík bór-trifluoridra vagy tetraéderes metán-molekulákra emlékeztetnek. Ez a munka nagy előrelépés, írja Matthew Jones és Chad Mirkin, az Illinois állambeli Evanston északnyugati egyetemének kísérő szövegét [2]. Ily módon az alulról felfelé építkező elvnek megfelelően lényegesen bonyolultabb szerkezetek építhetők fel kisebb alkatrészekből, mint azt korábban lehetséges volt. Eddig a tudósok küzdöttek azzal, hogy a dokkoló pontokat a részecskékre a kellő pontossággal alkalmazzák, és így pontosan meghatározzák a megengedett kötési tengelyeket.
Az új megközelítés lehetővé teszi, hogy a különböző tulajdonságokkal rendelkező részecskék sokféle konfigurációban álljanak össze, a részecskék közötti távolság és kötés a DNS-molekulák hosszán és szekvenciáján keresztül állítható be, a dokkolási pontok szimmetriája és száma pedig eltérő geometriákat tesz lehetővé. A jövőben Pine csoportja ezt a módszert szeretné használni nemcsak mesterséges molekulák előállítására, hanem új, személyre szabott tulajdonságokkal rendelkező funkcionális anyagokat is, például fotonikus kristályokat pontosan defektált hibákkal. Az egyik akadály, amelyet azonban még mindig le kell küzdeni, elegendő mennyiségű előállított kolloid előállítása.