Команда физиков создала новый способ самосборки частиц - достижение, которое открывает новые перспективы для создания сложных и инновационных материалов на микроскопическом уровне.

Самосборка, введенная в начале 2000-х годов, дает ученым возможность "предварительно программировать" частицы, позволяя создавать материалы без дальнейшего вмешательства человека — микроскопический эквивалент мебели Ikea, которая может собираться сама.

Прорыв, о котором сообщается в журнале Nature, сосредоточен на эмульсиях — каплях масла, погруженных в воду, — и их использовании для самосборки фолдамеров, которые представляют собой уникальные формы, которые теоретически можно предсказать на основе последовательности взаимодействий капель.

Процесс самосборки заимствован из области биологии, имитируя сворачивание белков и РНК с использованием коллоидов. В работе Nature исследователи создали крошечные капли на масляной основе в воде, обладающие множеством последовательностей ДНК, которые служили "инструкциями" по сборке. Эти капли сначала собираются в гибкие цепочки, а затем последовательно сворачиваются с помощью липких молекул ДНК. Это сгибание дает дюжину типов сгибателей, и дальнейшая специфичность может кодировать более половины из 600 возможных геометрических форм.

"Возможность предварительного программирования коллоидной архитектуры дает нам средства для создания материалов со сложными и инновационными свойствами", - объясняет Ясна Бруич, профессор физического факультета Нью-Йоркского университета и один из исследователей. "Наша работа показывает, как сотни самосборных геометрических форм могут быть созданы уникальным образом, открывая новые возможности для создания материалов следующего поколения".

В исследовании также участвовали Ангус Макмаллен, аспирант физического факультета Нью-Йоркского университета, а также Майтане Муньос Басагойти и Зорана Зеравчич из ESPCI Paris.

Ученые подчеркивают парадоксальный и новаторский аспект метода: вместо того, чтобы требовать большого количества строительных блоков для кодирования точных форм, его технология складывания означает, что требуется всего несколько, потому что каждый блок может принимать различные формы.

"В отличие от головоломки, в которой каждый элемент индивидуален, в нашем процессе используются только два типа частиц, что значительно сокращает количество строительных блоков, необходимых для кодирования определенной формы", - объясняет Бруич. "Инновация заключается в использовании сворачивания, аналогичного тому, как это делают белки, но в масштабе длины в 1000 раз большем — примерно в одну десятую ширины пряди волос. Эти частицы сначала связываются вместе, образуя цепочку, которая затем сворачивается в соответствии с запрограммированными взаимодействиями, которые направляют цепочку по сложным путям в уникальную геометрию ".

"Способность получать лексикон форм открывает путь к дальнейшей сборке в материалы большего масштаба, подобно тому, как белки иерархически агрегируются для создания клеточных компартментов в биологии", - добавляет она.