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物理学家发现粒子如何自组装

导读 一组物理学家发现了 DNA 分子如何根据组装指令自组织成颗粒之间的粘性贴片。其研究结果为一种创新方法提供了概念证明,以生产颗粒之间具

一组物理学家发现了 DNA 分子如何根据组装指令自组织成颗粒之间的粘性贴片。其研究结果为一种创新方法提供了“概念证明”,以生产颗粒之间具有明确定义的连接的材料。

这项工作报告在美国国家科学院院刊上。

“我们表明,人们可以对粒子进行编程,以制造具有定制特性的定制结构,”纽约大学物理系教授兼研究人员之一贾斯纳·布鲁伊克 (Jasna Brujic) 解释说。“虽然起重机、钻头和锤子在建造建筑物时必须由人类控制,但这项工作揭示了人们如何利用物理学来制造‘知道’如何自行组装的智能材料。”

长期以来,科学家们一直在寻找分子自组装的方法,并在许多方面取得了突破。然而,较少开发的是这些微小颗粒与预先编程的键数自组装的措施。

为了解决这个问题,Brujic 和她的同事、纽约大学物理系博士后研究员 Angus McMullen 和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校机械科学与工程教授 Sascha Hilgenfeldt 进行了一系列实验,以捕捉—— - 并操纵 - DNA 分子在颗粒表面的行为。

在微米级运行——颗粒只有一粒灰尘的 1/25——它们将微小的液滴浸入液体溶液中。附着在这些液滴上的是“DNA 接头”——具有“粘性末端”的分子工具,可以混合和匹配以形成研究人员所需的一系列结构。

“这个过程的美妙之处在于我们可以对特定材料的属性进行编程,使其可以是有弹性的或易碎的,甚至一旦断裂就具有自愈能力,因为键可以可逆地形成和断裂,”布鲁伊奇观察到。“创作者可以决定放入 5 个粒子,它们只粘在另一个粒子上,10 个粒子粘在两个粒子上,20 个粒子粘在三个粒子上,或者任何其他组合。这将使您能够构建具有特定拓扑或架构的材料。”

可以从Google Drive下载描述此过程的视频(图片来源:Angus McMullen/纽约大学物理系)。

这项工作得到了美国国家科学基金会材料研究科学与工程中心 (MRSEC) 计划 (NSF DMR-1420073、NSF PHY17-48958 和 NSF DMR-1710163) 的支持。

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