Soms komen de beste ontdekkingen per ongeluk. Een team van onderzoekers van de Washington University in St. Louis, onder leiding van Srikanth Singamaneni, doctoraat, universitair docent werktuigbouwkunde &materiaalkunde, ontdekte onverwacht het mechanisme waarmee kleine afzonderlijke moleculen spontaan uitgroeien tot centimeters lange microbuisjes door een schaaltje voor een ander experiment in de koelkast te laten staan.

Ooit Singamaneni en zijn onderzoeksteam, waaronder Abdennour Abbas, doctoraat, een voormalig postdoctoraal onderzoeker aan de Washington University, Andreas Brimer, een senior bachelor met als hoofdvak werktuigbouwkunde, en Limei Tian, een vierdejaarsstudent, zag dat deze moleculen microbuisjes waren geworden, ze gingen op zoek om erachter te komen hoe.

Om dit te doen, ze hebben ongeveer zes maanden besteed aan het onderzoeken van het proces op verschillende lengteschalen (nano tot micro) met behulp van verschillende microscopie- en spectroscopietechnieken.

De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Klein .

"Wat we lieten zien, was dat we de zelfassemblage van kleine moleculen over meerdere lengteschalen kunnen bekijken, en voor de eerste keer deze lengteschalen gestikt om het complete plaatje te laten zien, "zegt Singamaneni. "Deze hiërarchische zelforganisatie van moleculaire bouwstenen is ongekend, omdat het wordt geïnitieerd vanuit een enkel moleculair kristal en wordt aangedreven door vesiculaire dynamiek in water."

Zelfmontage, een proces waarin een ongeordende verzameling componenten zich rangschikt in een geordende structuur, is van groeiend belang als een nieuw paradigma bij het creëren van structuren op micro- en nanoschaal en functionele systemen en subsystemen. Deze nieuwe benadering van het maken van nano- en microstructuren en apparaten zal naar verwachting tal van toepassingen hebben in de elektronica, optica en biomedische toepassingen.

Het team gebruikte kleine moleculen p-aminothiofenol (p-ATP) of p-aminofenyldisulfide toegevoegd aan water met een kleine hoeveelheid ethanol. De moleculen werden eerst geassembleerd tot nanoblaasjes, vervolgens tot microblaasjes en uiteindelijk tot centimeterlange microtubuli. De blaasjes plakken aan het oppervlak van de buis, lopen langs het oppervlak en hechten zich vast, waardoor de buis langer en breder wordt. Het hele proces duurt slechts enkele seconden, met een groeisnelheid van 20 micron per seconde.

"Hoewel het opwindend was om de zelfassemblage van deze moleculen te zien, we zijn nog enthousiaster over de implicaties van de zelfassemblage van zulke kleine moleculen, "zegt Singamaneni. "Dit mechanisme kan worden gebruikt om de blaasjes te laden met de gewenste macromoleculen, zoals eiwitten, antistoffen of antibiotica, bijvoorbeeld, en microbuisjes te bouwen met een biologische functie."

Singamaneni zegt dat zijn onderzoeksteam samenwerkte met onderzoekers in Singapore die experts zijn in moleculaire kristallen. maar ook met collega's van het departement Chemie.

"We hopen dat als we eenmaal enkele functionele nanostructuren samen met deze kleine moleculen kunnen samenstellen, dan kunnen deze moleculaire assemblages toepassingen hebben in biologische sensoren en chemische sensoren, ' zegt Singamaneni.