科技視點：可編程的合成材料
發(fā)布時間：2021-06-15
瀏覽次數(shù)：1113
科技視點：可編程的合成材料
圖片來源：Pixabay
人造分子有一天將可以構成一種新型計算機的信息單元，或者成為可編程物質(zhì)的基礎。這些信息將以單個原子的空間排列方式進行編碼——類似于堿基對序列確定DNA信息內(nèi)容的方式，或者像組成計算機內(nèi)存的0、1序列。
加州大學伯克利分校和波鴻魯爾大學的研究人員已朝著這一愿景邁出了一步。他們向我們展示，原子探針斷層掃描技術可用于讀取多元金屬-有機框架中金屬離子的復雜空間排列。
金屬有機框架（MOFs）是有著多金屬節(jié)點的晶體多孔網(wǎng)絡，這些金屬節(jié)點由有機單元鏈接在一起，以此來形成明確結構。要使用一系列金屬對信息進行編碼，首先必須能讀取金屬排列。但是，閱讀該排列極具挑戰(zhàn)性。近來，由于這種多元結構能夠提供廣泛的信息，人們對表征金屬序列興趣漸濃。
本質(zhì)上，以往沒有方法可以讀取MOFs中的金屬序列。在當前的研究中，研究團隊通過使用原子探針層析技術（APT）成功做到了這一點。該團隊中的波鴻魯爾大學材料科學家 Tong Li是這一技術的專家。研究人員選擇了Yaghi小組于2005年制造的MOF-74作為研究對象。他們設計了混合了鈷、鎘、鉛和錳的MOFs，然后使用APT解密了其空間結構。
波鴻魯爾大學材料研究所原子尺度表征研究小組的負責人Li教授，與加州大學伯克利分校的Zhe Ji博士和Omar Yaghi教授在2020年8月在線發(fā)表于《科學》雜志的報告中介紹了該方法。
多元金屬-有機框架桿(左)可利用不同的金屬原子(有色球)編程來完成一系列化學任務，如控制藥物釋放，或者用類似數(shù)字計算機中1和0的方式編碼信息。圖片來源:加州大學伯克利分校
像生物一樣復雜
未來，MOFs或可成為可編程化學分子的基礎：例如，可以通過編程MOF將一種活性藥物成分引入體內(nèi)，以攻擊受感染的細胞，然后將活性成分分解成不再需要的無害物質(zhì)?；蛘呖梢詫OFs編程為在不同時間釋放不同的藥物。
“這是非常強大的，因為這本質(zhì)上是在編碼從框架中脫出分子的行為，”Yaghi這樣表示。
它們還可以用來捕獲二氧化碳，同時將二氧化碳轉(zhuǎn)化為化學工業(yè)的有用原材料。
圖片來源：Pixabay
作者們在論文中寫道：“長遠來看,這種結構與可編程的原子序列可以徹底改變我們思考材料合成的方式。材料合成的精確度和復雜性可以達到一個曾經(jīng)專屬于生物學領域的全新水平?！?/span>
撰文：羅伯特?桑德斯
翻譯：曾欣欣
審校：董子晨曦
引進來源：加州大學伯克利分校
引進鏈接：https://phys.org/news/2020-08-programmable-synthetic-materials.html


關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復【最新活動】，了解近期科普活動
回復【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復【研學營】，了解最新科普研學營
回復【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復【團體定制】，了解最新團體定制活動
回復【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復【觀鳥知識】，學習觀鳥相關科普知識
回復【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情
?
聽說，打賞我的人最后都找到了真愛。
做科普，我們是認真的！
掃描關注深i科普公眾號
加入科普活動群
  • 參加最新科普活動
  • 認識科普小朋友
  • 成為科學小記者
上一篇：科學研究：發(fā)光的引力子
下一篇：科學家的趣味小故事--愛迪生