Naukowcy opracowali nową metodę łączenia cząstek w kryształy koloidalne – cenny rodzaj materiału wykorzystywanego w tworzeniu sensorów chemicznych i biologicznych. Uczeni z Uniwersytetu Northwestern i Uniwersytetu w Michigan pokazali, że kryształy te można tworzyć w sposób niespotykany w przyrodzie.
Odkrycie było możliwe dzięki zastosowaniu Zaawansowanego Źródła Fotonów (APS) w Argonne National Laboratory. Szczegóły badań można przeczytać w Nature Materials.
Odkryliśmy coś fundamentalnego w systemie tworzenia nowych materiałów. Ta strategia łamania symetrii zmienia zasady projektowania i syntezy materiałów.prof. Chad A. Mirkin z Uniwersytetu Northwestern
Czym są kryształy koloidalne?
Kryształy koloidalne to małe cząsteczki z nanocząstkami ułożonymi w ich wnętrzu w sposób uporządkowany lub symetryczny. Można je wykorzystać do tworzenia czujników światła czy laserów. W ostatnim badaniu przeprowadzonym w APS naukowcy próbowali złamać naturalną symetrię przyrody, która ma tendencję do porządkowania małych cząstek w symetryczny sposób.
Wyobraźmy sobie, że układamy piłki do koszykówki w pudełku. Miałbyś określony sposób, w jaki mógłbyś to zrobić, aby uzyskać maksymalną wartość z przestrzeni. Tak właśnie robi to natura. Jeżeli jednak piłki zostaną w pewnym stopniu opróżnione z powietrza, można je ułożyć w inny wzór. Staramy się zrobić to samo z nanomateriałami, ucząc je, jak samoczynnie układać się w nowe wzory.Byeongdu Lee z Argonne, główny autor badań
Naukowcy przetestowali swoją technologię na przykładzie DNA, czyli cząsteczki znajdującej się w każdym z nas, przenoszącej informację genetyczną. Zastosowano DNA do zaprogramowania nanocząstek metalu do łączenia się w nowe konfiguracje. Odkryto, że mniejsze cząsteczki poruszały się wokół większych w szczelinach między nimi, wiążąc cząsteczki w nowy materiał.
Czytaj też: W polikryształach odkryto rzadki stan kwantowy. Nadchodzą lepsze ekrany LCD i precyzyjniejsze lasery
Dostosowując DNA, udało się zmienić parametry małych cząstek równoważnych elektronom, a tym samym zmienić powstałe kryształy. Dzięki temu stworzono trzy nowe, nigdy wcześniej nie zsyntetyzowane fazy krystaliczne – żadna nie ma swojego naturalnego odpowiednika.
Zespoły cząstek koloidalnych zawsze mają jakieś analogie w naturalnym układzie atomowym. Tym razem znaleziona przez nas struktura jest zupełnie nowa. Nie widzieliśmy, aby metale, stopy metali czy inne materiały w naturalny sposób składały się w ten sposób. Nie znamy jeszcze właściwości fizycznych tego materiału. Teraz przekazujemy to naukowcom zajmującym się materiałami, aby stworzyli ten materiał i zbadali go.Byeongdu Lee z Argonne
Nowe kryształy koloidalne mają właściwości optyczne, których nie da się uzyskać przy użyciu innych struktur krystalicznych, więc mogą znaleźć zastosowanie w wielu technologiach. To dopiero początek możliwości, jakie otwierają się po zrozumieniu warunków łamania symetrii.