天天热消息：模仿生物学将粒子自组装提升到新水平

• 2022-09-28 05:59:58 来源：科技日报

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科技日报记者 张梦然

美国物理学家创造了一种自组装粒子的新方法，这一进步为在微观层面构建复杂和创新材料开辟了新途径。这一发表在《自然》杂志上的新突破，主要集中在乳液（浸入水中的油滴）及其在折叠体自组装中的应用，这些独特的形状理论上可从液滴相互作用的序列中预测出来。

自组装于2000年代初推出，为科学家提供了一种“预编程”粒子的方法，允许在没有进一步人工干预的情况下建造材料。

显微镜图像显示，由黏性DNA链介导的蓝—蓝、蓝—黄、黄—黄相互作用，一串交替的蓝色和黄色液滴折叠成皇冠几何形状。微观液滴被编程为通过黏性DNA链相互作用，以独特地折叠成明确定义的形状。图片来源： 布鲁基奇实验室

该图显示了具有不同DNA链的液滴（粒子）如何首先组合成链，然后按照编程折叠成特定的几何形状，类似于蛋白质折叠。“地毯”突出了六聚体链折叠成多四面体的一条折叠路径。放大图显示了DNA双螺旋的形成如何驱动液滴-液滴结合。图片来源：《自然》/凯特琳·斯奈德

自组装过程借鉴了生物学领域，使用胶体模拟蛋白质和RNA的折叠。研究人员此次在水中创造了微小的油基液滴，其具有一系列DNA序列，可作为组装“指令”。这些液滴（粒子）首先组装成柔性链，然后通过黏性DNA分子根据预编程的相互作用折叠，再引导链通过复杂的路径形成独特的几何形状，产生了十几种类型的折叠块，可编码形状“库”中600种可能的几何形状的一半以上，为进一步组装成更大规模的材料开辟了道路。

纽约大学物理系教授杰思娜·布鲁基奇解释说，与每一块都不同的拼图游戏不同，研究过程仅使用两种类型的粒子，这大大减少了编码特定形状所需的构建块的种类。新方法的创新性在于使用了类似蛋白质折叠的方式，但长度比蛋白质长1000倍，它不需要大量构建块来编码精确的形状，只需要少数几个，因为每个块都可采用多种形式。

布鲁基奇说，能够对胶体结构进行预编程，为人们提供了创造具有复杂和创新特性的材料的方法。新研究展示了如何创造数百种自组装几何形状，为创造下一代材料提供了新的可能性。

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