日本科学技术研究生院(OIST)冲绳研究所的研究人员创建了可以通过紫外光分解的自组装分子，从而重新组合成新的宏观形状的结构。
科学家实现微观化学分子宏观尺度上大型结构合成
上图是从初始自组装结构的碎片创建新的宏观形状的样品。从1到3的黄箭头路径：(1)创建一个初始的纤维状结构，然后用紫外线(紫色闪电符号)分解；(2&3)因为它们紧紧地包裹在塌缩结构的结果中，这些碎片共同组装成其他不同的形状；4到5的灰箭头路径：简单地将相同的分子混合在溶剂中不会产生相同的纳米结构的品种和尺寸。
科学家们依靠“自组装”分子，可以与自身的其他副本相互作用的化合物自发聚集成球体、管或其他所需形状。使用这种方法，OIST的研究人员已经创建了新的自组装分子，可以在用紫外线照射时将其转变成新的、异乎寻常的和以前未观察到的形状，这迫使它们重新排列成不同的“亚稳态”状态。他们在《化学通讯》的一篇论文中描述了这项工作。
在设计自组装结构时，科学家通常瞄准最低能量或“基态”的状态，因为这时其结构将处于最高的稳定性。这种稳定性的缺点是分解结构以改变其形状变得非常困难。在这项研究中，OIST科学家在其基态自组装结构中插入了一个缺陷，使得结构只需要一小块塌缩。在这种情况下，微调包含使用紫外光以分裂分子内的两个原子之间的特定键，将结构分裂成较小的片段。然后，这些碎片能够共组装成较不稳定的状态——称为亚稳态，但是具有新颖和异乎寻常的形状。
OIST的Bioinspired软件部门的YeZhang和研究的作者解释说：“这份报告是有关材料科学的一个新概念，我们用光线将空间和时间上可控的方式来把自组装现象转化为共同组装结构。最终，我们构建了外来的异质纳米结构，不过传统的合成路径是不行的。”
这个新概念带来了一个引人入胜的新发现：因为剩余的碎片在从初始结构崩溃之后紧紧地包裹在一起，所以它们可以形成新的和异乎寻常的结构，如果相同的分子被简单地混合在一起就是不可达到的。
纳米结构可以被想象为乐高积木，例如，2x5的积木–2个螺柱宽和5个螺柱长–便可以自组装成纳米纤维。紫外光将这些2x5的积木分成两个较小的部分，例如2x3的积木和2x2的积木，这会破坏整个纤维状结构。但是由于这些较小的积木彼此靠近，因此可以轻松地将其重新组装成肉眼可见的新形状。相比之下，如果将2x3和2x2的积木简单地混合在桶中，积木之间具有不同的距离，因为缺乏空间组织可防止这种新型纳米结构的组装。
据张先生介绍，能否创建出新结构至关重要：“在材料科学中，材料的功能总是与结构有关。如果您创建不同的结构，便可以实现该功能，甚至创建新的功能。”例如，纳米纤维形状分子的毒性可能要比组装成球形的相同分子低得多或更高。
在OIST进行的研究强烈地表明，初始条件是影响自组装分子所采用最终形状的关键因素。Zhang表示：“如果你知道分子从初始状态的参数中相互包裹的过程，那么它会给你更多的线索来瞄准一个特定的宏观形状。”
这种变形能力对生物应用具有很大的潜力。张先生说：“例如，您将分子引入活生物体，并采用一定的结构。然后使用光，你会破坏化学键，然后分子将切换到具有所需功能的另一个结构。”
在药物设计中，这样的概念将允许药物在无活性状态下到达活体(一种器官或肿瘤)的目标，从而限制潜在的副作用。然而，一旦到达目标位置，药物会将自身重塑为具有治疗功效的不同结构。
张先生说：“现在，使用紫外光像我们这样做并不理想，因为它对活细胞是有毒的。我们的下一步是向更具生物相容性的自组装结构转变，使其更加适应生命系统。”
来源：材料科技在线
