一個物理學家團隊創造了一種新的自我組裝粒子的方式。這一進展為在微觀層面上構建複雜和創新的材料提供了新的希望。自組裝在21世紀初被引入，為科學家提供了一種 “預編程”粒子的手段，這使得材料的構建無需進一步的人為干預。這基本上相當於可以自行組裝的宜家傢具的微觀水平。
9月28日，《自然》雜誌報道了這一突破，其核心是乳劑–浸在水中的液滴–以及它們在摺疊器自組裝中的應用。這些是獨特的形狀，可以從理論上預測出液滴相互作用的順序。
借用生物學領域的方法，自組裝過程模仿了使用膠體的蛋白質和RNA的摺疊。在《自然》雜誌的工作中，科學家們在水中創造了微小的油基液滴，擁有作為組裝”指令”的DNA序列陣列。這些液滴首先組裝成靈活的鏈條，然後通過粘性DNA分子依次摺疊。這種摺疊產生了十幾種類型的摺疊器，進一步的特異性可以編碼600種可能的幾何形狀中的一半以上。
“能夠對膠體結構進行預編程，使我們有辦法創造出具有複雜和創新特性的材料，”Jasna Brujic解釋說。她是紐約大學物理系的一名教授，也是這項研究的研究人員之一。“我們的工作表明，數百種自組裝的幾何形狀可以被獨特地創造出來，為創造下一代材料提供了新的可能性。”
紐約大學物理系的博士后Angus McMullen，以及巴黎ESPI的Maitane Muñoz Basagoiti和Zorana Zeravcic也是這項研究的研究人員。
科學家們強調了該方法的反直覺性和開創性。與其需要大量的構建塊來編碼精確的形狀，其摺疊技術意味着只需要少量的構建塊，因為每個構建塊都可以採用各種形式。
“與每塊都不同的拼圖不同，我們的過程只使用兩種類型的顆粒，這大大減少了編碼一個特定形狀所需的構建塊種類，”Brujic解釋說。“創新之處在於使用類似於蛋白質的摺疊方式，但長度尺度要大1000倍–大約是一縷頭髮的十分之一的寬度。這些顆粒首先結合在一起，形成一條鏈，然後根據預先編程的相互作用進行摺疊，引導鏈通過複雜的路徑進入一個獨特的幾何形狀。”
她補充說：“獲得形狀詞典的能力為進一步組裝成更大規模的材料開闢了道路，就像蛋白質在生物學中分層聚集以建立細胞區室一樣。”