Science：研究人員創建一個可應用於醫療、能源和電子應用等領域的複雜納米粒子庫

上圖表示賓夕法尼亞州立大學所研發的新的混合搭配工具包，通過對其的利用研究人員可創建一個用於醫療，能源和電子應用的複雜納米粒子庫。圖像中每種顏色代表了不同類型的材料，其中電子顯微鏡圖像顯示了幾種顆粒類型，第一代（G-1）納米粒子為球，棒和板，之後經過一系列化學反應轉變成47個日益複雜的高代（G-2，G-3，G-4）粒子。圖片來源：賓夕法尼亞州立大學Schaak實驗室

賓夕法尼亞州立大學的化學家團隊開發了一個設計師工具包，即他們使用簡單的混合搭配工藝，將構建不同複雜程度的納米粒子。從而使得研究人員能夠創建一個可應用於醫療，能源和電子應用等領域的複雜納米粒子庫。賓夕法尼亞州立大學的材料化學教授、研究團隊的負責人Raymond E. Schaak說：「在醫藥、能源和電子等不同領域的研究人員經常設計出複雜的且可預測其所具有的相關功能的納米粒子。但是在設計這樣的納米粒子時所面臨的問題瓶頸就在於在實驗室中進行。而我們目前所研究的策略可以幫助簡化這一過程。」 關於這一策略，於2018年5月4日以論文的形式發表在了「科學」雜誌，其詳細的描述了我們團隊的戰略以及製作的大型粒子庫。

科學家和工程師們在利用太陽光分解水，診斷和治療癌症，以及解決其他重要的問題等方面，正在越來越好地設計納米粒子。而設計師在設計納米粒子時會考慮多方面因素，所以在這些納米粒子中許多都包括各種類型的半導體、催化劑、磁體以及其他材料，以致才能在其對應的領域發揮其應有的作用，與此同時，這些納米粒子還要滿足涉及其尺寸和形狀的嚴格要求。

Schaak還表示：「合成這些複雜的粒子，在實際的操作中其實是一個非常困難的挑戰，因為這些粒子中的每一個都需要團隊集中去準備，而且這在實際準備過程中，並不是每一次都可以成功的，所以我們想以更模塊化的方式去思考，以簡化這個過程。」

研究人員將具有與病毒納米級尺寸相似的，形狀簡單，易於製作的硫化銅球、棒材和板材稱之為第一代顆粒。而且在這些第一代納米粒子的基礎上可以製作更為複雜的衍生物，即第一代納米粒子可以作為製作更複雜衍生物的跳板。所以第一代納米粒子相對製作更為複雜的衍生物是非常重要的，原因在於這些第一代粒子定義了納米粒子的初始尺寸和形狀，並在用其他元素（如鎘和鋅）代替部分銅之後，將它們轉換為現在包含兩種材料的第二代粒子。新材料被雕刻成原始硫化銅的一部分，形成各種線條或形狀。其中，這些線代表了兩種材料之間的連接點，定義了顆粒內的框架並創建了兩面球體，夾層球體，加蓋棒，條紋棒，斑片和大理石板。

Schaak說：「這些連接點為板材帶來了額外的設計元素。換句話說，粒子內部的物質在原子水平上耦合在一起，這可以導致額外的功能，因為這些物質現在可以相互」交談「，而且我們又可以獨立地調整粒子的外部形狀和大小，粒子內部的物質，以及它們相互連接的方式。」

所有的第二代納米顆粒中仍含有一些硫化銅。這種「剩餘的」硫化銅其實是可以被替代的，從而生成第三代納米顆粒。其不僅保留了第一代尺寸和形狀以及第二代接合點，同時還含有與原始第一代顆粒完全不同的材料。研究人員通過進一步混合和匹配各種技術和材料來製造更高代的顆粒。最終，他們從三個簡單的第一代球體，棒材和板材上輕鬆生成了47個不同的納米粒子庫。

賓夕法尼亞州立大學的研究團隊所做的這些納米粒子是迄今為止報道最複雜的粒子之一，其中包括非對稱粒子，有孔洞和缺口的粒子，以及複雜雕刻的粒子。Schaak還表示： 「最讓我們興奮的是它的工作原理非常簡單，我們可以將耗時幾個月的設計出的難以想像的複雜納米粒子在實驗室里馬上做出來，這極大地提高了我們的工作效率，所以我們將其稱之設計師的工具包。」

文章來自sciencedaily網站，原文題目為A designer"s toolkit for constructing complex nanoparticles，由材料科技在線匯總整理。

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