Een team van natuurkundigen heeft een nieuwe manier ontwikkeld om deeltjes zelf te assembleren - een vooruitgang die een nieuwe belofte biedt voor het bouwen van complexe en innovatieve materialen op microscopisch niveau.

Zelfassemblage, geïntroduceerd in de vroege jaren 2000, geeft wetenschappers een middel om deeltjes te "voorprogrammeren", waardoor materialen kunnen worden gebouwd zonder verdere menselijke tussenkomst - het microscopische equivalent van Ikea-meubels dat zichzelf kan monteren.

De doorbraak, gerapporteerd in het tijdschrift Nature , concentreert zich op emulsies - oliedruppels ondergedompeld in water - en hun gebruik in de zelfassemblage van foldamers, unieke vormen die theoretisch kunnen worden voorspeld op basis van de opeenvolging van druppelinteracties.

Het zelfassemblageproces leent van het veld van de biologie en bootst de vouwing van eiwitten en RNA na met behulp van colloïden. In de Natuur werk, creëerden de onderzoekers kleine, op olie gebaseerde druppeltjes in water, met een reeks DNA-sequenties die dienden als montage-instructies. Deze druppeltjes assembleren zich eerst tot flexibele ketens en vallen dan achtereenvolgens ineen, of vouwen, via kleverige DNA-moleculen. Dit vouwen levert een dozijn soorten foldamers op, en verdere specificiteit zou kunnen coderen voor meer dan de helft van 600 mogelijke geometrische vormen.

"Het voorprogrammeren van colloïdale architecturen geeft ons de middelen om materialen met ingewikkelde en innovatieve eigenschappen te creëren", legt Jasna Brujic uit, een professor aan de afdeling Natuurkunde van de New York University en een van de onderzoekers. "Ons werk laat zien hoe honderden zelf-geassembleerde geometrieën op unieke wijze kunnen worden gecreëerd, wat nieuwe mogelijkheden biedt voor het creëren van de volgende generatie materialen."

Het onderzoek omvatte ook Angus McMullen, een postdoctoraal onderzoeker aan de afdeling Natuurkunde van de NYU, evenals Maitane Muñoz Basagoiti en Zorana Zeravcic van ESPCI Parijs.

De wetenschappers benadrukken het contra-intuïtieve en baanbrekende aspect van de methode:in plaats van een groot aantal bouwstenen nodig te hebben om precieze vormen te coderen, betekent de vouwtechniek dat er maar een paar nodig zijn, omdat elk blok verschillende vormen kan aannemen.

"In tegenstelling tot een legpuzzel, waarbij elk stukje anders is, gebruikt ons proces slechts twee soorten deeltjes, wat de verscheidenheid aan bouwstenen die nodig zijn om een ​​bepaalde vorm te coderen aanzienlijk vermindert", legt Brujic uit. "De innovatie ligt in het gebruik van vouwen, vergelijkbaar met de manier waarop eiwitten dat doen, maar op een lengteschaal die 1000 keer groter is - ongeveer een tiende van de breedte van een haarlok. Deze deeltjes binden zich eerst aan elkaar om een ​​ketting te maken, die vervolgens vouwt volgens tot voorgeprogrammeerde interacties die de keten door complexe paden leiden naar een unieke geometrie."

"Het vermogen om een ​​lexicon van vormen te verkrijgen, opent de weg naar verdere assemblage tot materialen op grotere schaal, net zoals eiwitten hiërarchisch aggregeren om cellulaire compartimenten in de biologie te bouwen", voegt ze eraan toe. + Verder verkennen

Natuurkundigen ontdekken hoe deeltjes zichzelf assembleren