نانومواد

نانو کره های پورفیرینیک توخالی

نانو کره های پورفیرینیک توخالی

 

نانو کره های پورفیرینیک توخالی
ساختار سه بعدی قفسهای آلی غول پیکر مبتنی بر پورفیرین که از واحدهای چند پورفیرین تشکیل شده است. اعتبار: IBS

نانو کره های پورفیرینیک توخالی معمار مشهور کاتالان آنتونی گائودی یک بار گفت: “هر آنچه توسط انسان خلق شده است در کتاب بزرگ طبیعت موجود است.” در میان معماری ها و هنرهای مختلف ساخته شده توسط بشر ، ساختارها و اشکال کروی فوق العاده ترین شکل هندسی بوده است که مجذور تخیل انسان بوده است. ساختن معماریهای کروی کامل به دلیل خلوص هندسی و پیچیدگی فنی آنها چالش برانگیز است و بنابراین این ساختارها هم جذاب و هم نادر هستند. از یک سو ، شاید با الهام از اجرام عظیم آسمانی ، معمارانی مانند فولر ساختارهای گنبدی ژئودزیکی مانند بیوسفر مونترال را طراحی کرده اند. در طرف دیگر ، شیمی دانانی وجود دارند که معماران مینیاتورترین ساختارهای زیبایی جهان هستند.

دانشکده ها این افراد بیشترین الهام خود را از ساختارهای پیچیده خود-مونتاژ موجود در طبیعت مانند کپسیدهای ویروس کروی بسیار متقارن توخالی و قفس های پروتئینی . ساخت چنین حوزه های مولکولی توخالی کاملاً ارگانیک ، دقیق اتمی ، از نظر مصنوعی چالش برانگیز است. رویکردهای قبلی برای ساخت قفسهای آلی خالص معمولاً اجازه تشکیل قفسهای آلی با ابعاد کوچک (قطر حفره) را می داد

اکنون ، تیمی به سرپرستی مدیر KIM Kimoon در مرکز خودآرایی و پیچیدگی در م Instituteسسه علوم پایه (IBS) در پوهانگ ، کره جنوبی با موفقیت یک سنتز یک گلدان بدون الگو را توسعه داد. از قفس های غول پیکر آلی مبتنی بر پورفیرین متشکل از واحدهای چند پورفیرین (به انیمیشن مراجعه کنید). به طور کلی ، پیشرفت یک واکنش یا فرآیند شیمیایی با افزایش تصادفی یا آنتروپی سیستم مطلوب است. با این حال ، در هنگام تشکیل قفس ، هنگامی که چندین واحد کوچک قفس به طور تصادفی پراکنده تشکیل می شوند و یک ساختار ۳-D ایجاد می کنند ، روند از نظر انتروپی نامطلوب می شود. برای وادار کردن چندین مولکول برای جمع شدن در یک فضای کروی ۳ بعدی و تجمیع آنها در یک مولکول کروی واحد از طریق پیوندهای کووالانسی ، محققان قبلاً مولکولهای دیگری را به طور خاص برای تولید فرآیند پیش سازماندهی به عنوان الگوهایی ساخته و استفاده کرده اند.

فرآیند سنتز یک گلدان بدون الگو. اعتبار: IBS

با دور زدن این چالش ها ، کیم و همکارانش توانستند قفس های P12L24 ساخته شده با ۳۶ جز، ، یعنی ۱۲ واحد پورفیرین مربع شکل (P) و ۲۴ پیوند دهنده خم شده (L) را بدون استفاده از آنها ، سنتز کنند. یک استراتژی مبتنی بر الگو. “KOO Jaehyong” ، اولین نویسنده این مطالعه .

Hollow porphyrinic nanospheres
طراحی ، سنتز و ابعاد قفس پورفیرین غول پیکر P12L24. اعتبار: IBS

در سال ۲۰۱۵ ، همان گروه تحقیقاتی جعبه های پورفیرین را متشکل از ۶ پورفیرین چهار اتصال و ۸ اتصال دهنده تری آمین سه اتصال (P6L8) با هندسه مکعب شکل گزارش داد. این نتیجه به آنها الهام شد تا با تغییر طرح مصنوعی خود با پورفیرینهای چهار اتصال دهنده و پیوند دهنده های خمیده دو اتصال ، گامی فراتر برای ساخت قفسهای پورفیریینی بزرگتر بردارند. قفس P12L24 فعلی سنتز شده دارای یک ساختار cuboctahedron کوتاه با ۱۲ صورت مربع ، ۸ صورت شش ضلعی منظم و ۶ صورت هشت ضلعی منظم است (نگاه کنید به انیمیشن). ابعاد خارجی قفس ۵٫۳ نانومتر و حفره داخلی آن ۴٫۳ نانومتر قطر است (شکل ۱). ساختار کلی قفس P12L24 یادآور ساختار پروتئین حمل و نقل است COPII که دارای شکل مکعبی است و از واحدهای هتروتترامریک تشکیل شده و سایر اجزای پوشش در جلسه راس چهار ضلعی مشابه زیر واحد پورفیرین و پیوند دهنده در P12L24 (شکل ۲).

محققان علاوه بر این ، کاربرد بالقوه چنین کره های بزرگ مولکولی توخالی یا قفس هایی مانند کپسوله سازی مولکول های میزبان و در تجزیه نوری را کشف کردند. نتایج حاضر به طور قطع سنتز قفس های بزرگ آلی چند متغیره را در آینده تسهیل می کند ، که ممکن است برای حمل محموله های بزرگ ، سنتز نانوذرات با اندازه یکنواخت ، مدولاسیون واکنش مهمانان مقید ، شناسایی مولکولی ، تجزیه و تحلیل و غیره مناسب باشد.

“این یک گام بزرگ به جلو در سنتز مولکول های غول پیکر شکل است. اگر بتوانیم قفس های P12L24 را در آب حل کنیم ، شاید آنها بتوانند به عنوان یک ظرف کارآمد برای مولکول های مهم مهمان مانند پروتئین ها عمل کنند و ذخیره آنها را کمک کنند ، تحویل و سایر کاربردها. مطالعه ما ممکن است دستیابی به موفقیت در ایجاد روشی آسان و آسان برای ساخت یک روبنا متشکل از تعداد زیادی بلوک سازنده با شکست مسئله آنتروپی باشد. ” وی همچنین اضافه می کند ، “اهمیت دیگر این ساختارها بهره برداری از حضور زیر واحدهای پورفیرین است که خصوصیات فوتوفیزیکی جالبی مانند برداشت نور ، انتقال انرژی ، انتقال الکترون و غیره را به نمایش می گذارد.”

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا