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晶体的非常规生长方式——纳米液滴生长

来源:环球科学

这种纳米液滴生长方式可能会极大地加快晶体生长,且在许多材料和应用中至关重要。同时,在该晶体生长方式中,形成于初级阶段的液态生长块(building blocks)也有望用于促进药效发挥。这项结果已于2017621日刊登在科学杂志《自然通讯》(Nature Communications)中。

Coelfen教授的研究小组使用原子力显微镜对晶体生长初级阶段的液滴进行了测量。该图像显示,随着时间的推移,亮点变暗,最后完全与晶体表面合并。原子力显微镜将亮度转换成高度,也就是说观察到的点越亮则该点所对应的材料越高,接着这些材料会逐渐扩散,直到其达到晶体表面的高度,形成一个新的晶体层。Helmut Coelfen解释了这样的原理:如果我用原子或分子创建一个新的晶体层,我需要非常多非常多这样的原子和分子,但是如果我的溶液中已经包含了液滴生长块,我可以一次性向目标生长区域添加许多这样的生长块。

Coelfen教授的研究实验之前,研究人员们就已经知道了这些纳米液滴的存在,只不过它们是在分子非常大的蛋白质中被发现的。相比之下,谷氨酸是非常小的单个氨基酸分子,而这种小分子的非常规生长则是第一次被观察与检测到。严格来说,液体状态尚未得到证实,但从晶体结构表面的特征能够得出结论。Helmut Coelfen说:我们认为它一定是液体,否则纳米液滴不会以这种方式扩散。

如果谷氨酸用这种液滴机制来生长,那么这也可能适用于其他分子。Helmut Coelfen在药物中特别添加了新的药物活性物质,由于液体比固体物质溶解得快,所以这种药物的效果要快得多。Coelfen研究团队的实验也可以测量层数增长的速度,从而计算液体含有多少生长块。这有助于对晶体生长的基本了解。”Coelfen说道。理论预期晶体生长的偏差也可以通过这种观察来解释。

现在,晶体生长的新物理化学理论必须从理论上来描述这些液滴初级阶段的经验观察。关键问题是:这些小液滴生长块从哪里来?为什么会变成液体?为什么他们可以构造一个晶体层?Helmut Coelfen的团队为理论提供了实验材料。

翻译:王鹏

审阅:王舟

本文来自:环球科学
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