魏茨曼科学研究所 具有多畴外观的溜溜球状单晶的扫描电子显微镜图像
溜溜球的每一边都像一朵雏菊
信用:魏茨曼科学研究所 想象一下，试图建造一座斗兽场式的建筑——包括拱门、拱顶和各种突出物——同时遵守两个严格的规则:只能使用一种类型的砖，这些砖必须精确放置，一个对另一个，对称排列
一点不匹配都不允许
最好的情况是，你能够建造一座带房间的高楼
自然界对于单晶的构造也有类似的规律
形成单个分子晶体的规则是如此严格——它们必须是锐边的、连续的、单室结构——以至于难以想象这些原则会被打破
直到现在，也就是
魏茨曼科学研究所的研究人员成功地创造了完全矛盾的结构:单一的连续晶体，具有多个畴、不对称的形状和曲线；它们就像人们从“纪念性”建筑中所预期的那样复杂
《自然通讯》最近报道了这种独特的有机材料
因为晶体结构在决定材料的性质方面起着关键作用，魏茨曼科学家计划进一步研究这些新结构，并将其特殊的组装方法应用于不同类型的“分子砖”，这可能有助于创造高度通用的晶体材料
让我们来扭转局面 晶体工程有许多悬而未决的问题，尽管有些可以追溯到19世纪路易斯·巴斯德的工作——例如，如何控制晶体的生长使它们具有一致的尺寸和形状，或者如何控制手性
手性分子在构成上是相同的，但有两种镜像形式，就像手一样，以“左”或“右”的形式出现，不能叠加
手性晶体的形成可以是螺旋的——根据分子的“手性”，可以顺时针或逆时针旋转
" 魏茨曼研究所的科学家们，由意大利博士后博士带头
玛丽亚·基娅拉·迪·格雷戈里奥，高级参谋科学家博士
米歇尔·拉哈夫和教授
米尔科·范·德·博姆，有机化学系的所有人，都曾触及过这些问题
这些年来，他们已经完善了制造外观非常复杂的单晶的方法，现在他们又加入了一个新的元素——真的
他们创造的晶体结构形状像溜溜球，两半向相反的方向旋转；在这个结构的顶部，两个圆盘本身的外观就像花一样，有许多手征性的“花瓣”围绕着中心的“柱头”生长
“这很令人惊讶，因为‘构件’都是对称的非手性分子，”迪·格雷戈里奥说
“花瓣状的外观表明这些‘应该’是多晶结构——也就是说，拥有多个‘腔室’——而不是单晶
" 为了理解这种花瓣状的手性结构是如何由非手性分子产生的，科学家们使用了几种技术在三个不同的层面上检查晶体:形态(三维形状)层面，分子层面，然后在两者之间的某个层面——电子密度分布
使用扫描电子显微镜，他们能够解释晶体生长的四个阶段，这些阶段可以在形态学水平上定义
在合适的温度下，将有机分子和金属原子一起在溶液中“烘焙”会产生不成形的、非手性的圆柱结构
这些是“花蕾”，在接下来的几个阶段中，它们会转化成手性物体
首先，它们发展成两个扭曲的六边形结构，然后花瓣开始生长，并以类似螺旋桨的方式不对称地排列在两个六边形的顶面上，呈现顺时针或逆时针方向
在最后阶段，晶体发展成轮廓分明的溜溜球结构，它的多个区域使它看起来像一个低音炮
使用微型计算机断层扫描(微型计算机断层扫描)——一种对金属有机晶体进行三维分析的非常规方法——进一步研究结构，科学家们揭示了“中间”电子密度分布水平的隐藏细节
事实上，测量揭示了从碱基到碱基跨越整个结构的连续单螺旋基序，表明尽管形状复杂，但它是单一的手性晶体
在分子水平上
化学研究支持部的琳达·西蒙清楚地展示了晶体结构，并为复杂的溜溜球的单晶构成提供了确凿的证据
x光图像还揭示了“螺旋楼梯”——从上到下贯穿整个结构的多孔手性通道
这些扭曲的晶体与自然如此相悖，以至于研究人员让纽约的一名晶体学家独立确认了其结构
将新发现的水晶投入使用 “这些结果从根本上来说是令人兴奋的，因为我们已经成功地创造了一个完全独特的材料类别，”范德博说
他补充道，这些发现可能会在新型多孔材料的设计中得到应用，例如用于储存氢等环保燃料，或者用于从大气中捕获二氧化碳
它们也可以用于改善各种化学过程中的催化作用
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