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利用自然法则 创造“智能材料”DNA分子可变身自组装“接口”材料

原标题:利用自然法则 创造“智能材料”DNA分子可变身自组装“接口”材料

据最新一期美国《国家科学院院刊》报道,美国物理学家发现了DNA分子是如何响应组装指令,从而自组装成粒子间的黏性“接口”的。该研究结果提供了一项“概念证明”,可为未来有创新性地生产粒子间具有明确连接定义的材料铺平道路。

纽约大学物理系教授贾斯纳·布鲁伊克解释说:“研究表明,人们可以对粒子进行编程,以制造具有定制特性的结构。起重机、钻头和锤子等在建造建筑物时必须由人类控制,但这项工作揭示了人们如何利用物理学来制造‘知道’如何自行组装的智能材料。”

此次,布鲁伊克研究团队联合伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校的研究人员进行了一系列实验,以捕捉并操纵DNA分子在粒子表面的行为。

这是在微米级运行、仅一粒灰尘的1/25的粒子,研究人员将这样微小的液滴浸入溶液中。附着在这些液滴上的是“DNA接头”——具有“黏性末端”的分子工具,可混合和匹配以形成研究人员所需的一系列结构。

布鲁伊克称:“这个过程的美妙之处,在于我们可对特定材料的属性进行编程,使其可以是有弹性或易碎的,甚至一旦断裂就具有自愈能力,因为键能可逆地形成和断裂。创作者可决定放入5个粒子,它们只黏在另一个粒子上,10个粒子黏在两个粒子上,或者任何其他组合。这将使人们能够构建具有特定拓扑或架构的材料。”

总编辑圈点

通过分子自组装,科研人员已经制备出了不少具有新奇功能和特性的材料。因为弱相互作用力,分子自发地互相吸引,协同工作。你设计一套程序,给一个初始命令,接下来,就看分子在微观世界的表演。不需要笨拙的人类世界的工具,分子自己就能“平地起高楼”。DNA是一种生物大分子,结构复杂。当DNA响应指令进行自组装,也能让材料“活起来”——比如让材料具有自我愈合的功能。但这仍然是一项偏基础层面的研究,树了一块路牌,指引后来人继续前进。(张梦然)

责任编辑: 小云

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