Технология становится все меньше, является хорошей новостью.
Возможность изготовления материалов с оптическими, электрическими и механическими свойствами из очень мелких частиц может иметь далеко идущие приложения. Например, микро-частицы привитые с ДНК может быть использован в медицине для улучшения зондирования, томографию и лечения. Улучшенное понимание того, как эти материалы ведут себя может привести к выполнению обещания точной медицины, среди других приложений.
Есть еще многое узнать о том, как лучше направить изготовления этих микро-материалов. А процесс самосборки из ДНК-функционализированных микро-размера частиц приводит к кристаллизации, т. е. атомы и молекулы превращаются в высоко структурированной форме Кристалл. Процесс кристаллизации начинается с образования зародышей — процесс, при котором атомы или молекулы кластера вместе на микроскопическом масштабе. Если кластеры становятся стабильными и достаточно большие, рост кристаллов может происходить. Атомы и соединения, как правило, могут образовывать более чем одну кристаллическую структуру, называют полиморфизмом. Расположение частиц определяется на ранних стадиях кристаллизации.
По данным Jeetain Миттал, профессор химической и биомолекулярной инженерии в Лихайском университете, структурных преобразований, что предполагает возможность полиморфизма при кристаллизации были условно отнесены к кинетические эффекты, или скорость нуклеации, предсказать, какие структуры могут наблюдаться при форме кристаллов. Это соответствует классической теории нуклеации.
Теперь, Миттал и его команда показали, что кинетические эффекты могут быть не в состоянии полностью объяснить структурные преобразования во всех полиморфных ситуаций и что поверхность термодинамики … связанные с размером кристаллитов в отличие от курса-может быть критично для езды преобразования кристаллических структур. Ученые обнаружили новый путь для структурных преобразований от площади для гексагональной решетки в процессе роста кристалла, которая является термодинамически приводом.
Во многих предыдущих систем, по словам Миттала, кристаллиты экспонирования структурного полиморфизма были приписаны кинетических эффектов, связанных с скорости нуклеации. В своей работе, Миттал и его сотрудники обеспечивают твердый расчет, чтобы продемонстрировать структурные преобразования может быть полностью термодинамики, в отличие от кинетической аргумент, как с теоретической, так и вычислительной точек зрения. Кроме того, подобные структурные преобразования наблюдается в более подробно смоделированы системы с использованием крупнозернистой модели ДНК, представляющих функционализированных частиц. Это убедительные доказательства, что такие структурные преобразования могут быть гораздо более общими и могут быть подключены к более реалистичных систем.
«Понимание процесса кристаллизации является особенно важным для контроля и прогнозирования структуры производства», — говорит Runfang Мао, студентка Лихай доктор философии и соавтор на бумаге. «Хотя и полезно во многих случаях, классической теории нуклеации считается недействительным во многих системах. Мы покажем, что такой размер-зависимых структурных преобразований является одним из тех исключений, и что им движет термодинамические свойства конечных размеров кристаллитов. Насколько нам известно, такого размера-зависимых структурных преобразований не было четко показано в другом месте в литературе».
Их выводы были опубликованы сегодня в науке достижения в статье «размер-зависимые термодинамические структурные отбор в коллоидная кристаллизация». В дополнение к Миттал и Мао, авторы включают Эван Претти, Хасан Zerze, песня Minseok и Yajun Динь-все бывшие или нынешние студенты в П. С. Лихай колледж Россин инженерных и прикладных наук.
Миттал и его команда изучали, как конкретное смесей коллоидов с ДНК привязаны к их поверхности кристаллизуются в двумерных решетках как коллоиды взаимодействуют друг с другом. Кристаллизация, как Претти объясняет, начинается с небольшого скопления частиц, которые растут и совокупные, и при определенных условиях, эти кристаллиты могут начать в одном кристаллическую структуру и трансформироваться в другую, как проходит время.
«Мы считаем, что для нашей системы, эти трансформации могут быть объяснены исходя из того, как относительная стабильность термодинамически различных структур зависит от размеров кристаллитов», — говорит Претти. «В частности, для достаточно малых кристаллитов, термодинамика поверхностей становятся настолько важны, что они могут влиять на структуры, который вызывает наблюдаемые превращения в ходе самостоятельной сборки.»
По словам Миттала, эти ДНК-функционализированных систем представляют особый интерес в области сборки коллоидный, из-за большой гибкости и разнообразия возможностей применения различных видов частиц и последовательностей ДНК. Их результаты, однако, не ограничивается только такие системы, но может обеспечить более глубокое понимание того, как другие виды кристаллизации рабочего процесса и могут быть проконтролированы.
Команда начала с помощью стандартных молекулярно-динамического моделирования, чтобы понять, как их система вела себя. Чтобы доказать, что преобразования, которые они видели, были термодинамического происхождения, они взяли существующий метод, используемый для вычисления относительной термодинамической устойчивости периодических кристаллических твердых тел, и изменил его так, чтобы они могли анализировать их конечных размеров кристаллитов.
«Мы определили структурные преобразования, которая является обратимой и может быть объяснено только с помощью термодинамики конечных размеров кристаллов сами», — говорит Миттал. «Наша работа может обеспечить новый способ посмотреть и объяснить преобразований в ДНК-функционализированных частиц, а также в перспективе других видов кристаллов».
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!