Koloidné nové materiály v samoorganizácii - spektrum vedy
Koloidy: Nové materiály v samoorganizácii
Drobné častice plávajú v kvapaline alebo na vzduchu v krvi, atramente alebo dyme. V koncentrovanej forme sa tieto takzvané koloidy zvyčajne zhlukujú neusporiadaným a nekontrolovaným spôsobom. Vedci, ktorí spolupracovali s Davidom Pineom z Newyorskej univerzity, pomocou rôznych dokovacích bodov na týchto časticiach dosiahli, že sa združujú nezávisle v molekulárnych asociáciách - so širokou škálou geometrických tvarov. V zásade by malo byť možné vyrábať materiály s vlastnosťami šitými na mieru s umelými atómami.
Častice veľkosti mikrometra sa zvyčajne pripájajú k susedným časticiam v ktoromkoľvek bode svojho povrchu, bez toho, aby uprednostňovali konkrétne častice. Doterajšie prístupy dosiahli selektivitu pridaním jednovláknových molekúl DNA k časticiam. Vďaka tomu sa na ne viažu iba koloidy s komplementárnymi vláknami DNA. Pine a jeho kolegovia teraz rozšírili tento koncept, aby tiež kontrolovali vyrovnanie týchto dlhopisov. Za týmto účelom najskôr usporiadali až sedem polystyrénových gúľ rôznych geometrií a zapuzdrili ich takým spôsobom, že vyčnievala iba malá časť guličiek. Vedci potom pomocou reťazcov DNA upgradovali symetricky distribuované „ostrovy“ na konkrétne dokovacie miesta. Tento postup im umožnil presne určiť počet väzieb, ktoré by syntetizovaná častica mohla vytvoriť. Táto takzvaná hodnota väzby vedie k tomu, že častice sa kombinujú nezávisle v charakteristických usporiadaniach - ako atómy v molekulách [1].
V pokusoch skupiny sa pripravené koloidy zmenili na štruktúry, ktoré pripomínajú lineárny oxid uhličitý, trigonálny rovinný fluorid boritý alebo štvorboké molekuly metánu. Táto práca je veľkým krokom vpred, píšu Matthew Jones a Chad Mirkin z Northwestern University v Evanstone v Illinois v sprievodnom texte [2]. Týmto spôsobom sa podľa princípu zdola nahor dajú z menších komponentov postaviť podstatne zložitejšie štruktúry, ako to bolo doteraz možné. Vedci sa doteraz usilovne snažili aplikovať dokovacie body na častice s požadovanou presnosťou a špecificky týmto spôsobom určiť prípustné osi spojenia.
Nový prístup umožňuje zostavenie častíc rôznych vlastností do mnohých konfigurácií, dĺžka a sekvencia molekúl DNA umožňujú nastavenie rozstupov a väzieb medzi časticami a symetria a počet miest ukotvenia umožňujú rôzne geometrie. V budúcnosti by skupina Pine’s chcela touto metódou vyrobiť nielen umelé molekuly, ale aj nové funkčné materiály s vlastnosťami na mieru, napríklad fotonické kryštály s presne definovanými chybami. Jednou prekážkou, ktorú treba ešte prekonať, je výroba dostatočného množstva pripravených koloidov.