Создан вдохновлённый природой нанокейдж для синтеза золотых наночастиц

Иллюстрация прочного вложенного молекулярного кейджа, состоящего из внутреннего октаэдра, заключённого в усечённый внешний тетраэдр. Его структура подтверждена с помощью ЯМР-спектроскопии высокого поля, крио-ЭМ и визуализации отдельных молекул методом HAADF-STEM. Автор: Национальный университет Тайваня

Исследователи под руководством профессора Йи-Цу Чана из Национального университета Тайваня создали гигантскую молекулярную клетку, которая имитирует вложенные структуры, встречающиеся в природе. Этот многослойный нанокейдж обладает выдающейся стабильностью и может служить миниатюрным реактором для производства наночастиц золота.

Вложенные структуры, когда одна архитектура заключена внутри другой, широко распространены в природе — от защитных оболочек вирусов до компартментализированной организации живых клеток. Эти сложные конструкции позволяют биологическим системам выполнять несколько функций в ограниченном пространстве. Однако воспроизведение такой сложности на молекулярном уровне в лабораторных условиях до сих пор оставалось серьёзной проблемой.

Исследовательская группа из Национального университета Тайваня под руководством профессора Йи-Цу Чана сделала большой шаг вперёд, разработав новый тип молекулярных строительных блоков, которые самособираются в высокостабильную, многослойную клетку.

Получившийся нанокейдж состоит из двух отдельных слоёв: внутреннего октаэдра, заключённого в усечённый внешний тетраэдр. Вместе они образуют гигантскую супрамолекулярную структуру массой более 44 000 дальтон.

Исследование опубликовано в Journal of the American Chemical Society.

Прорыв стал возможен благодаря созданию комплементарной пары химических «лигандов» или соединителей, которые присоединяются к ионам металлов динамичным и высокоселективным образом. Такой дизайн предотвращает нежелательные побочные реакции и фиксирует структуру на месте, придавая нанокейджу исключительную стабильность в течение длительного времени.

Для подтверждения сложной структуры исследователи объединили передовые методы визуализации и анализа, включая ЯМР-спектроскопию высокого поля, малоугловое рентгеновское рассеяние (SAXS), крио-электронную микроскопию (крио-ЭМ) и электронную микроскопию высокого разрешения. Эти методы позволили получить детальное представление об архитектуре вплоть до уровня отдельных молекул.

Помимо впечатляющего структурного дизайна, нанокейдж также демонстрирует функциональный потенциал. Его полая внутренняя часть может действовать как наноразмерная реакционная камера. В одном из тестов команда успешно получила наночастицы золота внутри полости, продемонстрировав его перспективность в качестве крошечного химического реактора.

«Эта работа показывает, как тщательно продуманные молекулярные взаимодействия могут привести к созданию точных и долговечных архитектур, отражающих сложность природы. Мы считаем, что наш подход открывает новые возможности в области передовых материалов, нанотехнологий и катализа», — говорит профессор Йи-Цу Чан, корреспондирующий автор исследования.

Разработка таких сложных молекулярных систем открывает путь к созданию новых катализаторов, систем доставки лекарств и наноматериалов с заданными свойствами, которые ранее были недостижимы.