Ученые с кафедры материаловедения Университета Цукубы разработали новый метод получения монокристаллов микрометрового масштаба в форме полых сосудов. При нанесении раствора этанола по каплям на кварцевую подложку молекулы могут самопроизвольно собираться в нужную форму. Это исследование может открыть путь для новой линии экспериментов, в которых химические процессы могут содержаться в этих микроскопических сосудах.
Размещение необычной хрустальной чаши на видном месте в вашем доме может произвести положительное впечатление на ваших гостей. Но еще более впечатляющим достижением была бы способность создать такой сосуд в виде единственного микроскопического кристалла. Хотя известно, что некоторые крошечные организмы обладают подобным опытом, ученым может быть сложно воспроизводимо изготовить эти наноконтейнеры, поскольку неконтролируемый рост может привести к деформированию конечных продуктов.
Теперь команда исследователей из Университета Цукубы сообщила о новой процедуре воспроизводимого создания полых кристаллов в форме сосуда, однородных по размеру и прикрепленных к подложке открытой стороной вверх. Кристаллы были выращены из молекул, которые имели парациклофановое ядро и с четырьмя (метоксифенил) этинильными плечами, называемыми (S)-СР4, или его молекула-зеркальное отражение, (R)-CPP4. Для изготовления ваз используется нагретый раствор (S)-CPP4 был аккуратно нанесен на кварцевую подложку в условиях окружающей среды. Когда раствор остыл, молекулы начали самопроизвольно кристаллизоваться. "Используя эту процедуру, мы смогли добиться синхронного, одноосного и ступенчатого роста монокристаллов микрометрового размера", - говорит старший автор профессор Йохей Ямамото.
Команда использовала рентгеновскую кристаллографию и сканирующую электронную микроскопию для изучения полученных структур. Боковые стенки сосудов расширялись наружу с гексагональной симметрией, оставляя пустоту внутри граней. Было обнаружено, что размер боковых стенок почти постоянен, а толщина составляет всего 500 нанометров. Исследователи также показали, насколько сильные межмолекулярные взаимодействия придают сосуду механическую прочность. Одновременно может быть изготовлено множество хрустальных сосудов, и могут быть получены различные формы. Например, избыточный рост края или тела приводит к образованию форм "цветок" или "драгоценный камень" соответственно.
"Полые кристаллы со сложной морфологией и хорошо развитыми кристаллическими краями и гранями могут быть очень полезны в качестве крошечных контейнеров", - говорит профессор Ямамото. В качестве доказательства концепции команда расплавила крошечный образец внутри хрустального сосуда и обнаружила, что получившаяся жидкость осталась внутри. Исходя из этого, мы могли бы увидеть новый тип лабораторного оборудования микроразмерного размера, в котором реакции могут проводиться с чрезвычайно малыми количествами химических веществ.
Эта работа была поддержана CREST (JPMJCR20T4) и ACT-X (JPMJAX201J) из Японского агентства науки и технологий (JST), Грант в помощь научным исследованиям в инновационных областях "-System Figuration" (JP17H05142, JP17H05165), Научные исследования (A) (JP16H02081), Научные исследования (B) (JP19H02792), "Сложные исследования" (Exploratory) (JP21K18860) и "Молодой ученый" (JP19J20398) от Японского общества содействия науке (JSPS) и фонда Огасавары.
Комментарии