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新技术可引导两种不同胶体自动组装

2019-10-08 20:37:37来源:励志吧0次阅读

据物理学家组织网近日报道,瑞士联邦理工学院(EPFL)和英国剑桥大学科学家合作开发出一种技术,用DNA链给纳米粒子涂上一层涂层,能控制并引导两种不同胶体的自动组装。这种胶体粒子可用于制造新奇的自组装材料,如智能递药补丁、随光变色的新奇涂料等。相关论文发表在《自然—通讯》杂志上。

胶体是一种物质在另一种物质中均匀分布而形成的。日常生活中人们能看到许多胶体,如牛奶、泡沫塑料、发胶、涂料、泡沫刮胡膏、胶水甚至灰尘、泥浆、烟雾等。胶体有很多独特的性质,如布朗运动、电泳、丁达尔效应(光进入胶体发生散射并呈现出不同色彩)等,但更特殊的性质在于它们的自组装能力:只在本身粒子的相互作用下,就能自然地聚集在一起,形成一种稳定的结构性排列,而无需外力干预。通常只要温度、光照等外部环境因素发生变化,胶体就会作出反应而发生这种自组装。

在生物性胶体中,如DNA、蛋白质及其他大分子,自组装通常是自组织的第一步,支撑着许多分子结构。但就技术方面来说,自组装胶体用途更广泛,人们对其研究得也更多。

如果两种或更多种不同的胶体在一起,它们的自组装会怎样?瑞士联邦理工学院约瑟佩·弗菲的小组与剑桥大学埃利卡·艾瑟的小组合作,共同解决了这一问题。艾瑟小组用不同的DNA链给荧光聚苯乙烯小球涂上一层涂层,让小球外表变得毛毛的,作为粒子相互作用的手段,也可以用于标记不同的粒子,还能利用DNA序列的适配性给粒子间的相互作用编程。

利用DNA—涂层胶体,研究人员能控制两种不同胶体微粒的自组装进程。两种胶体以一种“双混”的形式混合在一起,最终形成了新的结构,并且它们聚集得更快,由此生成一种结构性“基架”,可以在上面装配其他东西。利用DNA碱基对的选择性,研究人员对胶体外形的控制达到了前所未有的程度。

此外他们还发现了一种获得自组装结构的方法。由于胶体微粒对温度变化的反应提供了高度特异性和可编程性,自组装结构在很大程度上取决于温度变化。弗菲说:“从某种意义上说,新结构保留着它们制备历史的‘记忆’。”

根据胶体外形数据和粒子相互作用的动态数据,研究人员推断,这种方法并不局限于纳米级物体,还可用于整个胶体范围。此外他们预测,这种方法还有许多应用,如光反应涂料或智能补丁,智能补丁里填充着装有抗体或退烧药的粒子,并能随体温或pH值变化起反应,释放出这些粒子。

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