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                研究人員創造了模仿生物分子的納米團簇

                生物系統具有各種形狀,大小和結構。其中一些結構(例如在DNA,RNA和蛋白質中發現的結構)是通過復雜的分子相互作用形成的,而無機材料不易復制這些分子。

                由材料科學與工程學副教授理查德·羅賓遜(Richard Robinson)領導的研究小組發現了一種結合并堆疊納米級銅分子簇的方法,該簇可以自組裝并模仿不同長度尺度的這些復雜的生物系統結構。這些簇為開發新的催化特性提供了平臺,這些特性超出了傳統材料所能提供的范圍。

                納米簇核連接到兩個銅帽,這些銅帽上裝有特殊的結合分子,稱為配體,像螺旋槳葉片一樣傾斜。

                該小組的論文“硫橋金屬手性簇的組裝中的三級復雜性”發表在7月27日的《美國化學學會雜志》上。

                “僅僅能夠創建無機團簇并精確定位原子位置是一個相對較新的領域,因為無機團簇不像有機分子那樣容易地組裝成有組織的晶體。當我們將它們組裝起來時,我們發現這很奇怪,這是完全出乎意料的分層組織。”該論文的資深作者羅賓遜說。“這項工作可以提供對蛋白質等生物系統如何組裝以形成二級結構組織的基本理解,它為我們提供了一個機會,開始創造可以模仿自然生命系統的物質。”

                納米簇具有三個層次的組織,具有互鎖的手性設計。兩個銅蓋上裝有特殊的結合分子,稱為配體,它們像螺旋槳葉片一樣傾斜,其中一組順時針傾斜,另一組逆時針傾斜(左手和右手),所有這些都連接到核心上。銅簇與硫橋接,并具有混合氧化態,這使其在化學反應中更具活性。

                這些簇的靈活,適應性使其成為代謝和酶促過程的潛在候選者,并通過催化來加速化學反應。例如,它們可能能夠將二氧化碳還原為醇和碳氫化合物。

                材料科學與工程學副教授Jin Suntivich表示:“我們希望開發具有模仿天然酶功能的催化材料。“由于我們的團簇只有13個銅原子,因此可調諧性比具有數百或數千個原子的納米粒子更容易控制。有了更高的控制水平,我們可以考慮系統地構建團簇。這可以幫助揭示每個團簇如何原子參與反應以及如何合理設計更好的反應。我們將其視為酶的橋梁,酶以精確的方式組裝原子以實現高度選擇性的催化作用。”

                激進合作

                當其他無機簇暴露在氧氣中時,它們往往會交換電子并改變其性質,而配體則在越來越長的生命周期內穩定了納米簇,使其可靠地保持了空氣穩定性。而且由于配體是電子的強導體,因此這些簇可用于有機電子,量子計算和光開關。

                Robinson的小組現在正在研究與其他金屬復制相同的三級層次結構。

                羅賓遜說:“材料科學家和化學科學家一直在嘗試在實驗室中模仿這些復雜的層次結構,我們認為我們終于有了其他人看不到的東西,并且可以為以后的研究打下基礎。”

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