15:07 2024-04-04 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Auto-asamblarea sistemelor complexe: blocurile de construcție hexagonale sunt mai bune

_ Self- asamblarea sistemelor complexe: blocurile de construcție hexagonale sunt mai bune

Sistemele complexe în natură, ca și omologii lor sintetici din tehnologie, cuprind un număr mare de componente mici care se adună de la sine prin interacțiuni moleculare. Obținerea unei mai bune înțelegeri a principiilor și mecanismelor acestui auto-asamblare este importantă pentru dezvoltarea de noi aplicații în domenii precum nanotehnologie și medicină.

Profesor Erwin Frey, Catedră de Fizică Statistică și Biologică la LMU și membru al Clusterului de excelență ORIGINS și colegul său de cercetare, dr. Florian Gartner, au investigat acum un aspect al auto-asamblarii care a primit puțină atenție până acum: ce rol joacă forma și numărul de posibile legături dintre particule?

Așa cum raportează cercetătorii în revista Physical Review X, rezultatele lor arată că morfologiile hexagonale – cu alte cuvinte, structuri cu șase laturi – cum ar fi moleculele cu șase locuri de legare sunt ideale pentru auto-asamblare.

„Când am investigat un model general de auto-asamblare, am observat că timpul de asamblare a crescut odată cu dimensiunea structurii țintă”, povestește Gartner. „Acest lucru ne-a făcut să ne întrebăm dacă forma particulelor ar putea avea o influență considerabilă asupra cât de repede crește timpul necesar de asamblare odată cu dimensiunea structurii țintă și, prin urmare, cât de eficiente pot fi procesele de autoorganizare. Această scalare a timpului de asamblare cu Dimensiunea structurii țintă definește ceea ce numim complexitatea în timp a auto-asamblarii.”

Urmând acest gând, oamenii de știință au dezvoltat un model matematic pentru a analiza comportamentul sistemului în timpul auto-asamblarii. Rezultatele lor demonstrează că morfologia blocurilor de construcție joacă, de fapt, un rol important.

Prin luând în considerare scalarea și cinetica sistemelor, printre alte aspecte, Frey și Gartner au reușit să arate că formele hexagonale oferă avantaje considerabile pentru auto-asamblare. De exemplu, ansamblul structurilor alcătuite din o mie de blocuri de construcție poate fi cu aproape patru ordine de mărime mai rapid cu blocurile de construcție hexagonale în comparație cu cele triunghiulare.

Acest principiu hexagon se aplică în general morfologiei, care nu numai descrie forma particulelor, dar și numărul și poziționarea legăturilor lor: șase posibile legături la particulele adiacente s-au dovedit a fi ideale atunci când se asambla structuri mai mari. Acestea pot fi legături covalente, legături de punte de hidrogen, forțe van der Waals și interacțiuni hidrofobe.

Există, de asemenea, corespondențe în natură pentru acest model, cum ar fi auto-asamblarea capsidelor virale. Acest proces începe cu asamblarea pieselor mici, triunghiulare în hexagoane, care ulterior se unesc cu pentagoane pentru a forma structurile icosaedrice ale capsidelor virale.

Conform oamenilor de știință, rezultatele lor oferă informații valoroase pentru nanotehnologie. Principiul hexagonului ar putea fi aplicat pentru a optimiza auto-organizarea structurilor mici în altele mai mari - în ceea ce privește forma blocurilor de construcție sau posibilitatea de legături și relații de adiacență cu alte particule. Prin auto-asamblare ierarhică, de exemplu, ar putea fi posibilă formarea de particule cu morfologie deosebit de avantajoasă (hexagoane de exemplu) într-o etapă inițială de asamblare pentru a spori eficiența întregului proces de asamblare.

" Dacă înțelegeți ce morfologii ale monomerilor duc la o auto-asamblare eficientă, puteți selecta în mod deliberat aceste forme și puteți evita formele ineficiente care se asambla lent", explică Gartner. „Un exemplu al modului în care această strategie ar putea fi valorificată este în sinteza capsidelor virale artificiale pentru aplicații biomedicale.”

(Fluierul)

Inapoi