生物系統(tǒng)有各種形狀、大小和結(jié)構(gòu)。其中一些結(jié)構(gòu)，例如在 DNA、RNA 和蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，是通過復(fù)雜的分子相互作用形成的，無機(jī)材料不易復(fù)制。

由材料科學(xué)與工程副教授 Richard Robinson 領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組發(fā)現(xiàn)了一種結(jié)合和堆疊納米級銅分子簇的方法，這些簇可以自組裝并模擬不同長度尺度的復(fù)雜生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這些簇為開發(fā)超出傳統(tǒng)材料所能提供的新催化性能提供了一個平臺。

納米團(tuán)簇核心連接到兩個裝有特殊結(jié)合分子(稱為配體)的銅帽，這些分子的角度像螺旋槳葉片一樣。

該團(tuán)隊(duì)的論文“硫橋金屬手性簇組裝中的三級層次復(fù)雜性”于 7 月 27 日發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會雜志上。

“僅僅能夠創(chuàng)建無機(jī)團(tuán)簇并精確定位原子位置是一個相對較新的領(lǐng)域，因?yàn)闊o機(jī)團(tuán)簇不像有機(jī)分子那樣容易組裝成有組織的晶體。當(dāng)我們確實(shí)將它們組裝起來時，我們發(fā)現(xiàn)這很奇怪，這是完全出乎意料的等級組織，”該論文的資深作者羅賓遜說。“這項(xiàng)工作可以提供對蛋白質(zhì)等生物系統(tǒng)如何自我組裝以創(chuàng)建二級結(jié)構(gòu)組織的基本理解，它讓我們有機(jī)會開始創(chuàng)造可以模仿自然生命系統(tǒng)的東西。”

納米團(tuán)簇具有三個層次的組織結(jié)構(gòu)，具有互鎖的手性設(shè)計(jì)。兩個銅帽裝有特殊的結(jié)合分子，稱為配體，它們像螺旋槳葉片一樣傾斜，一組順時針傾斜，另一組逆時針傾斜(或左旋和右旋)，都連接到一個核心。銅簇與硫橋連，并具有混合氧化態(tài)，這使它們在化學(xué)反應(yīng)中更加活躍。

簇的靈活、適應(yīng)性使它們成為代謝和酶促過程以及通過催化加速化學(xué)反應(yīng)的潛在候選者。例如，它們可能能夠?qū)⒍趸歼€原為醇類和碳?xì)浠衔铩?/p>

“我們希望開發(fā)具有模仿天然酶特性的催化材料，”共同作者、材料科學(xué)與工程副教授 Jin Suntivich 說。“因?yàn)槲覀兊拇刂挥?13 個銅原子，所以可調(diào)性比具有數(shù)百或數(shù)千個原子的納米粒子更可控。有了這種更高級別的控制，我們可以考慮以系統(tǒng)的方式構(gòu)建簇。這有助于揭示每個原子參與反應(yīng)以及如何合理設(shè)計(jì)更好的反應(yīng)。我們將其視為通向酶的橋梁，其中原子以精確的方式組裝以實(shí)現(xiàn)高選擇性催化。”

激進(jìn)合作

雖然其他無機(jī)團(tuán)簇在暴露于氧氣時傾向于交換電子并改變其性質(zhì)，但配體在越來越長的生命周期內(nèi)穩(wěn)定納米團(tuán)簇，使其在空氣中穩(wěn)定可靠。由于配體是電子的強(qiáng)導(dǎo)體，因此這些簇可能在有機(jī)電子學(xué)、量子計(jì)算和光-光開關(guān)中有用。

Robinson 的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在研究用其他金屬復(fù)制相同的三級層次結(jié)構(gòu)。

“材料科學(xué)家和化學(xué)科學(xué)家一直試圖在實(shí)驗(yàn)室中模仿這些復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)，我們認(rèn)為我們終于有了其他人從未見過的東西，我們可以為未來的研究建立起來，”羅賓遜說。

　　免責(zé)聲明：本文由用戶上傳，與本網(wǎng)站立場無關(guān)。財(cái)經(jīng)信息僅供讀者參考，并不構(gòu)成投資建議。投資者據(jù)此操作，風(fēng)險自擔(dān)。 如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！