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“纳米时代”工具解开(分子)意大利面条

更新时间:2020-07-11 18:04点击:

佛蒙特大学的一组科学家发明了一种新工具——他们称之为“纳米管”——它可以捕捉并拉直分子大小的聚合物缠结。

一旦一根多节的聚合物绳——无论是由蛋白质还是塑料制成的——被拉开,“我们就可以只激活我们想要的聚合物,而不激活其他的聚合物,”领导这项新研究的UVM的化学家Severin Schneebeli说。这个工具的工作原理有点像把一团线从针孔中拉出来,“它开辟了一种新的方式来创造以前从未有过的定制材料,”他说。这些可能包括包裹单个药物分子的纳米级药丸涂层,或者由原子尺度上精确排列的塑料链组装而成的新型工业产品。

这种工具由具有特殊“形状导向”的氢键的分子边缘组成,比针头小数千倍,可以选择出较短的聚合物链,留下较长的聚合物链,这表明纳米层可以用来选择性地在一堆材料中找到特定大小的分子。Schneebeli说:“这是有选择性的,以前从未有人这样做过。”这项研究是科学第一次能够在实验室中区分和激活不同尺寸的聚合物链,为精确化学打开了一扇新的大门。

这项新研究发表在6月版的《化学》杂志上。

纳米技术对科学来说是新事物,但对自然界却不是。数十亿年以来,生命进化出了选择蛋白质或其他它想要解开并打开的生物结的方式——科学家称之为“功能化”。但是人们做同样的事情却很难。“尽管在生物学中有很多这样的例子,”UVM的科学家们写道,“对人造聚合物进行高效和选择性的修饰仍然很困难。”

无论是改变DNA这样的生物链,还是塑料这样的工业材料,这种新的四面体形状的工具承诺让科学家们做大自然已经做得很好的事情。从伊朗来到美国的佛蒙特大学博士后研究员Mona Sharafi是这项新研究的第一作者,她说:“我们在实验室里花了多年的艰苦工作来组装这个四面体,然后我们才能对它进行测试。”“这完全是人造的,”她说,“但灵感来自大自然。”

有效的聚合物

聚合物这个词来自于一对希腊词,意思是“许多部分”。而聚合物就是这样:由许多重复部分组成的大分子构成的材料。它们存在于许多日常用品中。有些是天然的,比如橡胶和虫胶。许多是合成的,用于生产日常生活中的大部分材料,从购物袋到尿布,衣服到水管。聚合物可以在分子水平上被发现成整齐的长弦,或者它们可以被绑成一个令人恶心的结,就像10亿根细面条

大自然已经花了好长时间来研究如何合成这些巨大的分子——生物聚合物,比如dna——以及如何编辑和激活选定的部分。人们已经很擅长制造新的合成聚合物,但不太擅长选择和编辑它们。许多科学家和工程师对新可再生能源的应用程序(例如,新一代太阳能电池),精密医学(如交付抗癌药物靶向的身体部位)和先进的电子产品(包括灵活的设备)——喜欢更大的控制权和效率与UVM团队称之为“功能聚合物具有复杂拓扑。”在美国国家科学基金会的支持下,美国国立卫生研究院(支持计算研究,由李UVM化学家嘉宁),研究nanocage提供了一种新的工具来这样做,“解开这个结,聚合物,之前无法访问,“说UVM蒙娜Sharafi。“我们已经开了一家大公司。”