分子籠由微小的有機分子管道組成。這種名為“瓶刷分子”的有機分子內部用特殊方法做成中空,并使其內壁帶上負電荷以選擇性地吞掉那些帶正電的粒子。分子籠還能做成不同大小,以捕捉不同大小的分子獵物。
瓶刷分子就像一個圓形的發刷,沿主干周圍伸出許多毛發似的分子。研究人員把這些“瓶刷”縫在一起,再把分子浸入水中使其變成中空,圍繞核心黏附上一層帶負電的羧酸基,就成了陷阱式的籠子結構——內壁帶有負電的納米管。
他們還設計了一系列實驗來測試這種籠子的捕獲能力。其中一種雙層籠被稱為雞尾酒瓶,底層由含納米管的氯仿溶液構成,頂層由含帶正電荷染料的水基溶液構成。將這種雞尾酒搖5分鐘,納米管互相碰撞陷落在染料中,從而將染料帶入氯仿溶液中(染料不會溶解在氯仿中)。另一種精心制作的納米管籠能從水溶液中提取直徑僅2.8納米、帶正電的樹狀聚合物分子,而將4.3納米的樹狀聚合物分子留在溶液中。要想從納米管中釋放出捕獲的粒子,只需簡單地降低氯仿溶液的pH值,就會關閉籠子內部的負電荷,釋放出其中的粒子。
研究人員指出,這些籠子能使單調乏味的工作加快速度,比如把大量子點從小量子點中分離,或按尺寸和電荷分離不同的蛋白質。
該研究領導人、紐約大學布法羅分校化學副教授加維德·瑞耶夫說:“分子及納米材料的形狀和大小與它們的用途密切相關,我們的分子籠能按事先確定的規格尺寸把這些粒子分離開,能為那些先進材料生產統一的原材料,就像為建筑商生產同樣大小的瓷磚或磚塊。科學家也需要同樣規格的納米粒子,但在納米尺度上要生產出完全一樣的性能良好的材料,還有很長的路要走。”
此外,瑞耶夫小組還在研究瓶刷分子的更多應用,如以瓶刷分子為基材的納米薄膜,可用于濾水;多層組裝的瓶刷聚合物,能像蝴蝶翅膀那樣反射可見光。
- 四川大學何玲教授/陶國宏教授團隊 JACS封面論文:可溶劑切換的離子聚亞胺膜 2023-03-09
- Nat. Mater.:有機分子籠的變身“膜”法 - 一張膜實現多級分離 2022-01-12
- 東華大學廖耀祖/張衛懿課題組 AFM:納米限域聚卡賓@共價有機框架用于電子廢棄物中高效捕獲金 2025-05-02
- 吉大楊英威教授團隊 ACS Mater. Lett.:鹵素鍵驅動的柱芳烴基超分子聚合物用于高效碘捕獲 2025-04-21
- 華科大劉國輝教授團隊 ACS Nano:導電水凝膠激發中性粒細胞胞外捕獲器對抗傷口細菌感染 2025-03-07
- 華工殷盼超團隊《J. Colloid Interf. Sci.》:亞納米粒子與聚合物作用的super-chaotropic效應 2023-03-24
- 吉林大學李昊龍教授課題組 ACS Nano:超分子錨定多金屬氧簇至Nafion納米離子相區制備高性能質子交換膜 2022-11-17