賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個(gè)化學(xué)家團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)設(shè)計(jì)師的工具包，通過(guò)簡(jiǎn)單的混合搭配過(guò)程，他們可以在納米顆粒中建立各種復(fù)雜程度。“醫(yī)學(xué)，能源和電子學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的研究人員經(jīng)常設(shè)計(jì)復(fù)雜的納米級(jí)粒子，預(yù)計(jì)它們具有有用的功能，”賓夕法尼亞州杜邦材料化學(xué)教授兼研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Raymond E. Schaak說(shuō)。“但是在實(shí)驗(yàn)室中制作它們往往是瓶頸。我們的策略有助于簡(jiǎn)化這一過(guò)程。”

科學(xué)家和工程師在設(shè)計(jì)納米粒子以利用陽(yáng)光分解水，診斷和治療癌癥以及解決其他重要問(wèn)題方面越來(lái)越好。許多這些“設(shè)計(jì)師”顆粒需要包括各種類型的半導(dǎo)體，催化劑，磁鐵和其他材料才能發(fā)揮作用，同時(shí)滿足涉及其尺寸和形狀的嚴(yán)格要求。

“合成這些復(fù)雜的粒子變成了一個(gè)非常困難的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些粒子中的每一個(gè)都需要一個(gè)準(zhǔn)備就緒的力量，這并不總是實(shí)用的，”Schaak說(shuō)。“我們希望以更加模塊化的方式思考，使這個(gè)過(guò)程更容易。”

研究人員從他們所謂的第一代粒子開(kāi)始，這些粒子具有納米級(jí)尺寸，并且尺寸與病毒相似。這些是簡(jiǎn)單易于制造的硫化銅球，棒和板，可用作更復(fù)雜衍生物的跳板。這些第一代顆粒定義了初始尺寸和形狀，在用一些銅和其他元素如鎘和鋅替換后，它們被轉(zhuǎn)化為第二代顆粒，現(xiàn)在包括兩種材料。新材料被雕刻成原始硫化銅的一部分，形成各種類型的線條或形狀。這些線代表兩種材料之間的連接，定義了顆粒內(nèi)的框架，并創(chuàng)建了雙面球，夾層球，帶帽棒，條紋棒，斑塊板和大理石板。

“這些路口為桌子帶來(lái)了額外的設(shè)計(jì)元素，”Schaak說(shuō)。“這里，粒子內(nèi)的材料在原子水平上耦合在一起，這可以帶來(lái)額外的功能，因?yàn)檫@些材料現(xiàn)在可以互相”說(shuō)話“。我們可以獨(dú)立調(diào)整粒子的外部形狀和大小，材料粒子內(nèi)部，以及它們的連接方式。“

所有第二代顆粒仍含有一些硫化銅。這種“剩余的”硫化銅也可以被替換，產(chǎn)生第三代顆粒，保留第一代尺寸和形狀以及第二代結(jié)，同時(shí)包含與原始第一代顆粒完全不同的材料。通過(guò)進(jìn)一步混合和匹配各種技術(shù)和材料來(lái)制造更高代的顆粒。最終，研究人員從三個(gè)簡(jiǎn)單的第一代球體，桿和板中輕松生成了47個(gè)不同納米粒子的庫(kù)。

該團(tuán)隊(duì)制造的一些顆粒是迄今為止報(bào)道最復(fù)雜的顆粒之一，包括非對(duì)稱顆粒，其中有孔和凹口的顆粒，以及復(fù)雜的雕刻顆粒。“什么是最令人興奮的是如何輕松地工作的。我們可以坐下來(lái)畫(huà)一個(gè)非常復(fù)雜的顆粒那是不可想象個(gè)月前的照片，然后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，并作出正確的了。這是一個(gè)真正的設(shè)計(jì)師的工具包，”沙克說(shuō)。