西北大学和密歇根大学的研究人员报告了由纳米粒子设计和制造的最复杂的晶体。这项工作表明，如果研究人员可以控制粒子的形状和使用DNA连接的方式，那么自然界中一些最复杂的结构可以被有意识地组装。
“当人们利用DNA的化学成分并将其与形状促进特定晶体结构的纳米颗粒结合起来时，这是一次有力的展示，”Weinberg的George B. Rathmann化学教授Chad A. Mirkin说。西北大学艺术与科学学院。
纳米技术有望以新的方式将材料结合在一起，通过设计形成新的能力。纳米粒子构成的晶体的一个潜在应用，例如这些新报道的晶体，是光的控制，纳米粒子与光波很好地相互作用，因为它们的大小相似。这可能导致材料在命令时改变颜色或图案或阻挡某些波长的光，同时传输或放大其他光。可以使用新型镜头，激光甚至类似星际迷航的隐形材料。
“这项工作表明，一旦人们开始利用粒子形状，就可以通过DNA技术实现非常复杂的纳米粒子晶体，”Sharon C. Glotzer，John W. Cahn杰出大学工程学教授和Stuart W. Churchill大学教授UM的化学工程。“而且，这是实验主义者和模拟器合作可以实现的一个很好的例子。”
这项名为“包合胶体晶体”的研究将于3月3日发表在“科学”杂志上。Mirkin和Glotzer是该论文的共同对应作者。在化学中，包合物以其容纳小分子的腔室而闻名。例如，它们已被用于捕获环境中的污染物。纳米粒子簇也为货物留出空间，作者认为这可用于存储，传递和传感用于环境，医学诊断和治疗应用的材料。
虽然天然材料呈现出令人眼花缭乱的晶体结构，但大多数纳米技术实验室都很难通过简单的设计。由现任Mirkin实验室博士后研究员的Haixin Lin制作的结构更有趣。新结构由多达42个粒子的簇组成，形成更大的多面体，例如大十二面体。这些簇连接成笼状晶体结构，称为包合物。
尽管如此，故事并不是水晶本身：水晶是如何形成的。Mirkin的团队通过使用DNA链作为一种智能胶水，以特定方式将纳米粒子连接在一起，开创了许多结构。粒子既是构建块又是指导键合交互的模板。与此同时，Glotzer的团队通过计算机模拟指导了纳米颗粒形状在指导晶体结构组装中的作用。
“乍得的小组通过观察我们所做的预测，开始探索新的阶段，”格洛泽说。“有一天，我接到了他的电话。“我们刚刚拥有这些令人难以置信的结构!”他说。他在显微照片后给我发短信 - 他们只是不停地弹出来。他说，我们需要找到一种明确分配结构的方法。“
电子显微镜图像或显微照片显示出复杂的晶体结构，由于金纳米粒子的形状，其大部分形成。三角形双锥体形状，就像两个扁平四面体在它们的基部粘在一起，类似于Glotzer预测会形成准晶体的形状。准晶体在纳米组装领域受到重视，因为它们与晶体一样复杂。
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