设计师用于构建复杂纳米粒子的工具包

宾夕法尼亚州立大学的一个化学家团队开发了一个设计师的工具包，通过简单的混合搭配过程，他们可以在纳米颗粒中建立各种复杂程度。“医学，能源和电子学等多个领域的研究人员经常设计复杂的纳米级粒子，预计它们具有有用的功能，”宾夕法尼亚州杜邦材料化学教授兼研究团队负责人Raymond E. Schaak说。“但是在实验室中制作它们往往是瓶颈。我们的策略有助于简化这一过程。”

科学家和工程师在设计纳米粒子以利用阳光分解水，诊断和治疗癌症以及解决其他重要问题方面越来越好。许多这些“设计师”颗粒需要包括各种类型的半导体，催化剂，磁铁和其他材料才能发挥作用，同时满足涉及其尺寸和形状的严格要求。

“合成这些复杂的粒子变成了一个非常困难的挑战，因为这些粒子中的每一个都需要一个准备就绪的力量，这并不总是实用的，”Schaak说。“我们希望以更加模块化的方式思考，使这个过程更容易。”

研究人员从他们所谓的第一代粒子开始，这些粒子具有纳米级尺寸，并且尺寸与病毒相似。这些是简单易于制造的硫化铜球，棒和板，可用作更复杂衍生物的跳板。这些第一代颗粒定义了初始尺寸和形状，在用一些铜和其他元素如镉和锌替换后，它们被转化为第二代颗粒，现在包括两种材料。新材料被雕刻成原始硫化铜的一部分，形成各种类型的线条或形状。这些线代表两种材料之间的连接，定义了颗粒内的框架，并创建了双面球，夹层球，带帽棒，条纹棒，斑块板和大理石板。

“这些路口为桌子带来了额外的设计元素，”Schaak说。“这里，粒子内的材料在原子水平上耦合在一起，这可以带来额外的功能，因为这些材料现在可以互相”说话“。我们可以独立调整粒子的外部形状和大小，材料粒子内部，以及它们的连接方式。“

所有第二代颗粒仍含有一些硫化铜。这种“剩余的”硫化铜也可以被替换，产生第三代颗粒，保留第一代尺寸和形状以及第二代结，同时包含与原始第一代颗粒完全不同的材料。通过进一步混合和匹配各种技术和材料来制造更高代的颗粒。最终，研究人员从三个简单的第一代球体，杆和板中轻松生成了47个不同纳米粒子的库。

该团队制造的一些颗粒是迄今为止报道最复杂的颗粒之一，包括非对称颗粒，其中有孔和凹口的颗粒，以及复杂的雕刻颗粒。“什么是最令人兴奋的是如何轻松地工作的。我们可以坐下来画一个非常复杂的颗粒那是不可想象个月前的照片，然后进入实验室，并作出正确的了。这是一个真正的设计师的工具包，”沙克说。