Биоинспирированная сборка наночастиц
Химики из Университета Райса открыли, как собирать строительные блоки из золотых и серебряных наночастиц в более крупные структуры. Метод основан на принципе, напоминающем одно из древнейших химических новшеств природы — самосборку липидных мембран, окружающих каждую живую клетку.
Исследование опубликовано в выпуске Journal of the American Chemical Society от 29 ноября (JACS 2006, 128, 15098).
Учёные полагают, что новый метод позволит создавать разнообразные полезные материалы, включая более эффективные противораковые препараты и катализаторы для химической промышленности.
Метод использует гидрофобный эффект — биохимическое явление, которое все живые организмы применяют для создания мембран. Эти ультратонкие барьеры из жирных кислот образуют прочный, но динамичный мешок вокруг клетки. Клеточные мембраны являются примером мицеллы — прочного бислойного покрытия из двух листов липидных амфифилов. Эти молекулы имеют водолюбивый (гидрофильный) и водоотталкивающий (гидрофобный) концы. Гидрофобные стороны листов слипаются, образуя бислойную мицеллу.
«Когда формируется мицелла, этот процесс приводит к упаковке всех точек соединения, которые связывают гидрофобную и гидрофильную части амфифила, в высокоплотный массив, — объяснил Евгений Зубарев, ассистент-профессор химии. — Прикрепив наночастицу к точке соединения амфифила, мы можем использовать мицеллообразование как средство для сборки миллиардов отдельных наночастиц в хорошо определённые одномерные суперструктуры, растворимые в воде».
Зубарев и коллеги синтезировали V-образные амфифилы из полистирол-b-поли(этиленоксида) и прикрепили к фокальной точке V золотые частицы диаметром 2 нанометра. Добавив воду и вызвав образование мицелл, команда смогла создать плотно упакованные цилиндры из золотых наночастиц диаметром всего 18 нанометров.
Все мицеллы формируются в трёх допустимых формах: сферы, цилиндры и мешковидные везикулы. Изменяя длину полистирольного «плеча», используемые растворители и размер золотых частиц, исследователи смогли получать сферы, везикулы и варьировать диаметр цилиндров, некоторые из которых достигали длины более 1000 нанометров.
«Мы полагаем, что дальнейшее манипулирование этими параметрами может позволить контролировать оптические и каталитические свойства этих наносборок», — отметил Зубарев.