對(duì)于中空多孔納米結(jié)構(gòu)而言，一方面，具有亞納米孔的納米空腔在維持系統(tǒng)pH、壓力和離子濃度的梯度方面意義重大。另一方面，分隔限域的納米空間對(duì)于催化反應(yīng)中的反應(yīng)控制、選擇性傳質(zhì)以及活性位的保護(hù)也頗具優(yōu)勢(shì)。
生物系統(tǒng)中存在許多納米尺度的小艙，譬如脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等生物分子自組裝形成的衣殼、羧酶體、外來(lái)體、囊泡等等納米空腔。相比之下，無(wú)機(jī)納米材料較難通過(guò)這種球形組裝實(shí)現(xiàn)中空納米結(jié)構(gòu)，這就限制了無(wú)機(jī)納米材料優(yōu)異的光、電、催化等性質(zhì)的進(jìn)一步發(fā)揮。
有鑒于此，Yang等人發(fā)現(xiàn)，表面裸露的不含保護(hù)劑的聚分散的CdS納米顆粒可以組裝得到中空多孔結(jié)構(gòu)的納米殼結(jié)構(gòu)。
圖1. 中空多孔CdS納米殼
研究人員將2.5 mL 硫代乙酰胺加入45 mL去離子水，然后利用10 mM NaOH控制pH。隨后，加入1 mL 10 mM Cd(ClO4)2，引發(fā)CdS納米顆粒的組裝成中空多孔的空心結(jié)構(gòu)。
這種組裝不完全遵守Derjaguin–Landau–Vervey–Overbeek理論。理論模擬表明，水溶性的CdS納米顆粒和離子、溶劑之間的靜電力、分散力以及其他作用力的相互抗衡，傾向于將納米顆粒排列在組裝系統(tǒng)的外圍，相互關(guān)聯(lián)形成自限制的球形殼層結(jié)構(gòu)。
總之，這項(xiàng)研究工作為生物分子和無(wú)機(jī)納米材料的自組裝系統(tǒng)建立了橋梁，尤其為無(wú)機(jī)納米顆粒的組裝及其在自修復(fù)和生物礦化領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的借鑒！
圖2. 原子尺度精確模擬
圖3. 宏觀尺度模擬
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Ming Yang, Peijun Zhang, Petr Král, Nicholas A. Kotov et al. Self-assembly of nanoparticles into biomimetic capsid-like nanoshells. Nature Chemistry 2016.
