In een opmerkelijk zelfassemblageproces rangschikken bepaalde moleculen zichzelf spontaan in vijf uniforme plakjes 'taart' op nanoschaal, waardoor inzichten worden verkregen in de fundamentele krachten die de moleculaire organisatie beheersen.

Het team, geleid door onderzoekers van de University of California, Berkeley, en het Paul Scherrer Institute, ontdekte dit intrigerende fenomeen tijdens het bestuderen van een klasse moleculen die bekend staan ​​als calixarenen. Calixarenen zijn komvormige moleculen die zichzelf in verschillende structuren kunnen rangschikken wanneer ze in oplossing worden gemengd.

Met behulp van een combinatie van experimentele technieken en theoretische modellering ontdekten de onderzoekers dat calixarenen onder specifieke omstandigheden zichzelf assembleren in vijf verschillende lagen of "plakjes" materiaal van nanometerformaat. De resulterende structuren lijken op plakjes taart, waarbij elke laag een uniforme dikte en kromming heeft.

De onderzoekers schrijven deze spontane zelfassemblage toe aan het evenwicht tussen aantrekkende en afstotende krachten tussen de calixareenmoleculen. De platte, aromatische ringen van de moleculen stapelen zich op elkaar om de lagen te vormen, terwijl de geladen groepen aan de randen van het molecuul elkaar afstoten, waardoor de ruimtes tussen de lagen ontstaan.

Het vermogen van moleculen om zichzelf te organiseren in complexe structuren zonder externe tussenkomst heeft aanzienlijke implicaties voor gebieden als materiaalkunde, nanotechnologie en supramoleculaire chemie. Het begrijpen van de fundamentele principes die deze zelfassemblageprocessen beheersen, zou kunnen leiden tot nieuwe methoden voor het ontwerpen van functionele materialen en apparaten op nanoschaal.

Naast de wetenschappelijke implicaties werden de onderzoekers ook getroffen door de esthetische schoonheid van de zelf-geassembleerde structuren. De uniforme, schijfachtige opstelling van de moleculen creëerde patronen die lijken op abstracte kunst of zelfs op landschappen, van bovenaf gezien.

De ontdekking van deze zelfassemblerende calixareenstructuren draagt ​​bij aan onze kennis van de ingewikkelde dansmoleculen die op nanoschaal optreden en de wereld om ons heen op onverwachte en betoverende manieren vormgeven.