科学家研制出具有原子特征胶体微粒

small

来自纽约大学、哈佛大学和陶氏化学公司的研究人员首次研制出一种新型微粒材料，该微粒子可以像原子一样进行自我聚合后形成分子。这种可以按预设模型形成分子结构的新粒子，对于制造先进的光学材料和制陶业等具有重大意义。

日常生活中常用的油漆、牛奶、胶制品、玻璃和瓷器等皆属于胶体分散系，但用它们创造出新材料的潜力则尚待开发。由化学家、化学工程师和物理学家组成的研究团队，选择这些游悬于液态媒介中胶体的特征及其构造优化作为研究对象。

过去，科学家已经用胶体成功地建造出一些基本结构，但使用胶体设计和组装复杂三维结构的能力则难以进一步提高，这种三维结构对于设计高级光学材料是非常重要的。部分原因是胶质之间缺乏直接的关联，因为这种关联不仅对于控制粒子的相互组合很有必要，而且对于保持组合后的结构完整也很重要。

“我们选择的方法目的是使用原子的自然属性，再把它们应用到胶体世界中。”项目主要参与者、纽约大学化学教授马库斯·维克介绍说。

为使用原子属性开发胶体，研究人员设计出一种类似电脑程序中使用的化学“补丁”，此“补丁”能产生方向绑定物，该绑定物利用粒子之间的少许联系组合成三维网络，这也是许多先进材料设计中的一个重要因素。若没有方向绑定物，形成的结构将不会稳定。

研究人员通过使用DNA单链，在“补丁”上确立了绑定能力，纽约大学的科学家过去曾用这种DNA单链组织过小粒子。这些DNA链充当“黏性末端”，而粒子“补丁”则附着其上。

“这意味着我们不仅能够让某些粒子附着在补丁上，而且能够对它们进行编制，所以只有某些特殊种类的粒子可以附着在这些补丁上。”纽约大学物理学教授大卫·帕因解释说，“这给我们设计三维结构创造了巨大的灵活性。”

新研制出的这种微粒大小只有人头发丝直径的百分之一，它们可以自发地将自己聚集在一起，像普通原子一样形成分子。

研究人员补充说，“补丁”之间DNA相互作用的特殊性意味着具有不同特性（如大小、颜色、化学功能和导电性等）的胶体，能够产生新的材料产品。它们的潜在用途包括使用三维电线网络或光学晶体，增强许多消费产品的光显示功能，以及改善计算机芯片的速度等。

该研究成果发表于最新一期的《自然》杂志上。

small

Materials science: Self-assembly gets new direction
By controlling the placement of 'sticky' patches on particles, assemblies can be made that mimic atomic bonding in molecules. This greatly expands the range of structures that can be assembled from small components
http://www.nature.com/nature/journal/v491/n7422/full/491042a.html

small

Colloids with valence and specific directional bonding
he ability to design and assemble three-dimensional structures from colloidal particles is limited by the absence of specific directional bonds. As a result, complex or low-coordination structures, common in atomic and molecular systems, are rare in the colloidal domain. Here we demonstrate a general method for creating the colloidal analogues of atoms with valence: colloidal particles with chemically distinct surface patches that imitate hybridized atomic orbitals, including sp, sp2, sp3, sp3d, sp3d2 and sp3d3. Functionalized with DNA with single-stranded sticky ends, patches on different particles can form highly directional bonds through programmable, specific and reversible DNA hybridization. These features allow the particles to self-assemble into ‘colloidal molecules’ with triangular, tetrahedral and other bonding symmetries, and should also give access to a rich variety of new microstructured colloidal materials.
http://www.nature.com/nature/jou ... ll/nature11564.html