史上最复杂的纳米晶体诞生了！

材料牛注：虽然天然材料具有一系列令人眼花缭乱的晶体结构，但是大多数纳米技术实验室对晶体结构的设计仅仅还停留在一些简单的设计。近日，西北大学和密歇根大学的研究人员利用DNA来控制粒子的形状以及连接方式，设计和创造出了史上最复杂的晶体结构。目前，该研究成果发表在期刊Science上。

美国西北大学和密歇根大学的研究人员设计和创造了史上最复杂的晶体，该晶体是由纳米粒子组装而成。

西北大学温伯格艺术与科学学院“George B. Rathmann化学教授” (一项以科学家George B. Rathmann命名的教授职务，是该学院授予教授的最高荣誉)Chad Mirkin认为，这项开创性的研究表明，如果能够利用DNA控制粒子的形貌以及它们的联接方式，那么就可以组装出自然界中一些最复杂的结构。

Mirkin还发表声明称，这是一项杰作，它向我们展示了利用DNA化学与那些容易形成特定晶体结构的纳米颗粒进行结合时，可能发生的神奇效果。

这项纳米技术的一项潜在应用就是对光的控制，这是因为纳米颗粒与光波的尺寸相似，两者可以发生相互作用。该技术也可能创造出一些奇特的材料，这些材料可以按照指令来改变颜色或者图案，或者屏蔽某些波长的光，同时传递或者放大其它波长的光。另外，还可能出现一些新型的透镜、激光器，甚至类似《星际迷航》中的隐身材料。

密歇根大学John W. Cahn杰出工程教授和Stuart W. Churchill学院化学工程教授Sharon C. Glotzer说：“该研究表明，一旦开始利用颗粒的形貌，你就可以通过使用DNA技术，得到异常复杂的纳米晶体。此外，这很好地说明实验和计算结合的重要性。”

笼形包合物，由于其可以包裹小分子的空腔而被人熟知，已被应用于从环境中捕捉污染物。纳米粒子团簇也为“货物”留有空间，这些空间可以在环保、医疗诊断和治疗等应用中用于存储、投送和感知材料。这种新型结构是由多达42个颗粒团簇组成的，形成了一个很大的多面体。

研究人员利用DNA为“smart glue”（智能胶水），采用一种特殊的方式将纳米颗粒连接在一起。这些粒子既是基础材料，也是指导键合相互作用的模板。因此，Glotzer的团队能够利用纳米颗粒形貌的作用，通过电脑模拟来指导晶体结构的组装。

Glotzer说：“通过观察我们所做的预测，Chad的团队获得了探索新相的想法。那天，Chad给我打电话来，说他们得到了这个不可思议的结构。”

Glotzer 继续说，“他把显微照片一张接一张的用短信发给了我——它们就是这样不停地弹出来。Chad说，我们需要找到一种方法来确定 它们的结构。”

Mirkin实验室的博士后研究员Haixin Lin系统地制造出了一个具有相同尺寸、形貌和边缘长度为250nm（蓝光波长的一半）的黄金双锥体。接下来，利用不同长度的DNA序列对其进行了修饰。研究结果发现，当DNA链太短时，这些纳米颗粒将会变成无序、不明确的结构。

一旦研究人员理解了形貌是如何组装在一起的，他们就可以推测络合物的结构。

Glotzer说：“为了得到确切的情况，我们不得不进行仿真，通过模拟Haixin在实验中所使用的条件，验证无序的DNA连接双锥液体是否能够组装成西北大学研究人员所发现的晶体。当我们看到计算机模拟的晶体时，我知道我们已经找到它了。”

原文链接：Scientists Create Most Complex Nanoparticle Crystal Ever.

文献链接：Turning colloidal gold into clathrates.

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，柏元娟编译，万鑫浩审核，点我加入材料人编辑部。

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