研究人員創造了納米級金星的海洋

能源部太平洋西北國家實驗室 (PNNL) 和華盛頓大學 (UW) 的研究人員成功設計了一種仿生分子，可以引導金原子形成完美的納米級恒星。這項工作是朝著理解和控制金屬納米顆粒形狀和創造具有可調特性的先進材料邁出的重要一步。

PNNL 高級研究科學家、UW 化學工程和化學副教授、UW-PNNL 教員陳春龍說，金屬納米材料具有有趣的光學特性，稱為等離子體特性。特別是，已知星形金屬納米材料具有獨特的增強功能，可用于傳感和檢測病原菌，以及其他國家安全和健康應用。

為了制造這些引人注目的納米粒子，該團隊仔細調整了類肽序列，這是一種可編程的類蛋白質合成聚合物。“類肽在實現分子水平控制方面提供了獨特的優勢，”陳說。在這種情況下，擬肽引導小金顆粒附著和放松，形成更大的五重孿晶，同時還穩定了晶體結構的各個方面。他們的方法受到大自然的啟發，在大自然中，蛋白質可以控制具有高級功能的材料的創造。

Jim De Yoreo 和 Biao Jin 使用先進的原位透射電子顯微鏡 (TEM) 在納米尺度上“觀察”恒星在溶液中的形成。該技術既提供了對擬肽如何引導過程的深入機械理解，也揭示了粒子附著和小平面穩定在控制形狀中的作用。De Yoreo 是 PNNL 的 Battelle 研究員和威斯康星大學材料科學與工程系的附屬教授，而 Jin 是 PNNL 的博士后研究員。

在組裝了他們的納米級星座后，研究人員隨后利用分子動力學模擬來捕捉實驗中無法收集到的細節水平，并闡明為什么特定的擬肽控制了完美恒星的形成。Jim Pfaendtner 教授小組的化學工程博士后研究員 Xin Qi 在威斯康星大學領導了這項工作。Qi 使用 UW 的 Hyak 超級計算機集群來模擬幾種不同的擬肽和粒子表面之間的界面現象。

模擬在學習如何設計以獨特方式吸收和散射光的等離子體納米材料方面發揮著關鍵作用。“你需要在分子水平上理解才能形成這種具有有趣等離子體特性的漂亮星形粒子，”陳說。模擬可以圍繞為什么某些擬肽創建某些形狀建立理論理解。

研究人員正在努力實現模擬指導實驗設計的未來，該團隊希望在一個循環中能夠預測合成具有所需等離子體增強的納米材料。在這方面，他們希望首先使用計算工具來識別具有所需面選擇性的擬肽側鏈和序列。然后，他們將采用最先進的原位成像技術，例如液體細胞 TEM，來監測直接的刻面表達、穩定性和粒子附著。換句話說，陳說，“如果有人能告訴我們等離子體納米材料的結構具有有趣的光學特性，我們可以使用基于類肽的方法來預測嗎?”

雖然他們還沒有到那個地步，但這項成功的實驗計算工作無疑讓他們更接近了。此外，團隊持續合成漂亮星形的能力是重要的一步。更均勻的粒子轉化為更可預測的光學特性。