(PhysOrg.com) -- Wetenschappers van de Universiteit van Glasgow hebben de zelfassemblage van nanodeeltjes in beeld gebracht, onthulling van de blauwdruk voor het atoom-voor-atoom bouwen van moleculaire machines voor ontwerpers.

Uitzoeken hoe nanodeeltjes worden gemaakt, is de sleutel tot het ontwikkelen van nieuwe 'intelligente materialen', elektronische apparaten, en het begrijpen van de bio-machinerie die in levende cellen werkt.

Het vermogen om deze zelfassemblage te beheersen heeft ingrijpende gevolgen voor de ontwikkeling van nieuwe technologieën en het begrijpen van de basis voor complexe chemie, en bijvoorbeeld de oorsprong van het leven.

In een studie die deze week in het tijdschrift Science werd gepubliceerd, onderzoekers in Glasgow, samen met collega's van de Universiteit van Bielefeld, Duitsland, bedachten een experiment waarmee ze konden observeren dat moleculen werden geconstrueerd rond wat leek op een tijdelijke sjablooncluster.

Het experiment omvatte de constructie van een stroomreactorsysteem voor de assemblage van de nanodeeltjes onder dynamische 'stromende' omstandigheden. Deze nieuwe experimentele benadering maakt het mogelijk om zelfassemblage op een nieuwe manier op nanoniveau te onderzoeken, wat aanleiding geeft tot ongekende mechanistische informatie die de complexiteit van moleculaire zelfassemblage ontmaskert.

Zelfassemblage beschrijft het proces waarbij objecten een bepaalde opstelling vormen zonder enige externe manipulatie.

Tijdens het experiment, de onderzoekers observeerden de zelfassemblage van molybdeenoxidewielmoleculen rond een tussenstructuur in het midden van het wiel waarvan ze vonden dat het de 'sjabloon' of steiger was die werd gebruikt om het grotere molecuul te construeren. Na voltooiing van het molybdeenoxidewielmolecuul, die slechts 3,6 nanometer in diameter is, de sjabloon werd uitgeworpen, vrijmaken om het proces te herhalen.

De onderzoekers konden dit proces en de sjabloon 'fotograferen' met behulp van röntgenkristallografie.

Professor Leroy Cronin, Gardiner Leerstoel Scheikunde, Afdeling Chemie, die het onderzoek heeft bedacht en geleid, zei:"Deze vooruitgang is erg belangrijk, omdat we bij de constructie van moleculaire nano-objecten moeten vertrouwen op 'zelfassemblage' waar de objecten op nanoschaal zichzelf bouwen - een proces dat bijna onmogelijk te begrijpen of te beheersen is met de huidige stapsgewijze benaderingen van chemische synthese

"Daarom, inzicht in het assemblageproces is essentieel als we een nieuwe reeks functionele nano-objecten willen creëren.

“Deze ontdekking zou de weg kunnen banen voor de ontworpen assemblage van een hele reeks nauwkeurig gedefinieerde nanodeeltjes met toepassingen in de elektronica, medicijn, en katalyse om het ontwerp van intelligente of slimme nanosensoren en nanofunctionele machines mogelijk te maken, om nog maar te zwijgen van de fundamentele implicaties met betrekking tot de assemblage van complexe chemische systemen, het meest spectaculaire voorbeeld daarvan zijn levende cellen.”

Het idee van ‘moleculaire machines’, werd in de jaren 70 gepopulariseerd door de Amerikaanse ingenieur Eric Drexler en omvat het controleren van de posities van moleculen in chemische reacties om het gewenste resultaat te verkrijgen.

Hoewel wetenschappers in de chemie al veel stoffen en materialen kunnen synthetiseren door de interacties van verschillende verbindingen, op nanoschaal wordt de taak bijna onmogelijk omdat het moeilijker te controleren is.

Cronin voegde toe:"Dit resultaat is enorm interessant, niet alleen krijgen we voor het eerst een beeld van zelfassemblage met dit type stromingssysteem, deze ontdekking zal ons in staat stellen om nieuwe soorten blauwdrukken te bedenken die de assemblage van een geheel nieuwe klasse van designer nanodeeltjes mogelijk maken en een hele nieuwe wereld van ontdekkingen en toepassingen openen.

"Deze benadering zal ook informatie geven over de betrouwbaarheid van zelfassemblage die van groot actueel belang is, vooral met betrekking tot de gezondheidseffecten van nanodeeltjes in onze omgeving".

De krant, getiteld:‘Unveiling the Transient Template in the Self-Assembly of a Molecular Oxide Nanowheel’ is het omslagverhaal in de nieuwste editie van het tijdschrift Wetenschap .