麻省理工学院的史蒂夫·纳迪斯 麻省理工学院的研究人员设计了小分子，当加入水时会自发形成纳米带
这些分子的设计中包含一个凯夫拉尔(Kevlar)启发的“芳族聚酰胺”域，它将每个分子固定在适当的位置，形成比钢更强的纳米带
这张图片描绘了三个凯夫拉尔启发的“芳族聚酰胺两亲物”纳米带
信用:彼得·艾伦 自组装在自然界中无处不在，它是在每一个生物体中形成有组织结构的途径
例如，当两股脱氧核糖核酸在没有任何外部刺激或引导的情况下结合形成双螺旋，或者当大量分子结合形成膜或其他重要的细胞结构时，就可以看到这种现象
没有一个看不见的构建者必须一次一个地将所有的部分组合在一起，所有的东西都会回到它应有的位置
在过去的几十年里，科学家和工程师们一直跟随大自然的脚步，设计在水中自我组装的分子，目标是制造纳米结构，主要用于生物医学应用，如药物输送或组织工程
麻省理工学院材料科学与工程系(DMSE)的助理教授茱莉亚·奥托尼解释说:“这些小分子材料往往会很快降解，而且它们的化学性质也不稳定。”
当你把水移走时，整个结构会分崩离析，特别是当施加任何外力时
" 然而，她和她的团队设计了一类新的小分子，它们以前所未有的强度自发地组装成纳米带，并在水之外保持其结构
这一多年努力的结果，可能会激发广泛的应用，在1月1日描述
奥托尼和合著者在《自然纳米技术》中发表的21篇文章
“这项开创性的工作——通过高度受控的自我组装产生了异常的机械特性——应该会对该领域产生重大影响，”东京大学RIKEN紧急物质科学中心副主任、化学和生物技术教授Tazuko Aida教授断言，他没有参与这项研究
麻省理工学院小组构建的材料——或者更确切地说，允许自己构建的材料——是以细胞膜为模型的
它的外部是“亲水的”，这意味着它喜欢在水中，而它的内部是“疏水的”，这意味着它试图避开水
奥托尼评论说，这种结构“为自组装提供了一种驱动力”，因为分子自我定向以最小化疏水区域和水之间的相互作用，从而呈现出纳米级的形状
在这种情况下，形状是由水赋予的，通常整个结构在干燥时会塌陷
但是奥托尼和她的同事想出了一个防止这种情况发生的计划
当分子松散地结合在一起时，它们会快速移动，类似于流体；随着分子间力的增加，运动变慢，分子呈现固态
奥托尼解释说，这个想法是“通过对单个分子的微小修改来减缓分子运动，这可以导致纳米结构性质的集体变化，希望是戏剧性的变化
" 博士泰·克里斯托夫-坦佩斯塔指出，减慢分子速度的一种方法
D
学生和论文的第一作者，“就是让它们比在生物系统中更牢固地相互依附
“当一个由强氢键组成的密集网络将分子连接在一起时，这一点就可以实现
“这就是为什么像凯夫拉尔这样的材料——由所谓的‘芳纶’构成——具有化学稳定性和强度，”克里斯托夫-坦佩斯塔说
奥托尼的团队将这种能力融入到他们设计的分子中，该分子有三个主要组成部分:喜欢与水相互作用的外部部分，中间用于结合的芳香酰胺，以及对水有强烈厌恶的内部部分
研究人员测试了几十种符合这些标准的分子，然后找到了导致纳米尺度厚度的长带的设计
然后，作者测量了纳米带的强度和刚度，以了解分子之间包含类似凯夫拉尔的相互作用的影响
他们发现纳米带出乎意料地坚固——事实上比钢还要坚固
这一发现让作者们想知道纳米带是否可以捆绑在一起产生稳定的宏观材料
奥托尼的团队设计了一种策略，将排列好的纳米带拉成可以干燥和处理的长线
值得注意的是，奥托尼的团队表明，这些线可以承受200倍于自身重量的重量，并且具有非常高的表面积——每克材料200平方米
“这种高的表面质量比通过用更少的材料进行更多的化学反应，为微型化技术提供了希望，”克里斯托弗·坦佩斯塔解释说
为此，他们已经开发出了纳米带，其表面涂有能将重金属(如铅或砷)从受污染的水中分离出来的分子
该研究小组的其他努力旨在将捆绑式纳米带用于电子设备和电池
对于奥托尼来说，她仍然感到惊讶的是，他们已经能够实现他们最初的研究目标“调整物质的内部状态，创造出异常强大的分子纳米结构”
“事情可能很容易走另一条路；这些材料可能被证明是杂乱无章的，或者它们的结构脆弱不堪，就像它们的前身一样，只能在水中支撑
但是，她说，“我们很兴奋地看到，我们对分子结构的修改确实被分子的集体行为放大了，产生了具有极其强大机械性能的纳米结构
下一步，找出最重要的应用，将是令人兴奋的
"
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