德國科學家在納米尺度上的一項最新觀察研究，驗證了生命進化的基礎性的一步,，即分子的自動組裝和自我選擇（self selection）,。相關論文發(fā)表在近期的美國《國家科學院院刊》（PNAS）上。
該實驗簡單說來,，就是讓多種不同的平面分子結構在內(nèi)嵌指令（built-in instructions）的作用下激活,，并在母板表面尋找自己適合的位置。其間,，這些分子會表現(xiàn)出自我選擇——那些處在錯誤位置的分子會為正確的分子讓出位置,。而分子的這種特性，也是無生命的分子可以最終成為生命體的基礎,。
領導該項研究的是德國馬普固體研究所（Max Planck Institute for Solid State Research）的Klaus Kern和德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的Mario Ruben,。他們表示，對表面上分子組裝的觀察有望進一步加深科學家對簡單,、無機的分子如何最終構建成為生命實體過程（如膜—細胞—樹葉—樹）的理解,，在這一過程中，它們的結構和功能的復雜性大大提高,。而毫無疑問的是,，所有以分子為基礎的系統(tǒng)形成都需要分子具備選擇性地對自己分類的能力。
Mario Ruben的小組在研究中主要負責設計具有內(nèi)嵌指令的分子,，從而可以激活自我選擇過程,。Ruben表示,，精細而強大的內(nèi)嵌指令對隨機混合的分子自發(fā)地進行調整至關重要。
馬普研究所的科學家則通過成像,，直接對分子的自我選擇過程進行了觀測,。分子組裝而成的類似格子的結構能按照自身大小進行自我分類。值得注意的是,，這些格子的尺寸只有大約1納米,，因此只能利用超敏感的顯微設備進行觀測和成像。馬普研究所的Steven Tait表示,，“利用現(xiàn)行技術創(chuàng)造這樣的納米結構效率極低而且十分昂貴。我們的策略就是利用那些能夠根據(jù)指令排列成想要的結構的建筑分子,。”
實驗中的分子被置于干凈的金屬表面,，并適度加熱以便它們能夠運動、排列和組織,。論文第一作者,、馬普研究所的Alexander Langner表示，“分子在銅表面的運動被限制在二維,，但這對分子混合來說足夠了,。將分子排列在表面上對觀測大有幫助。”
這種研究方法和研究結果有望為新型催化劑和納米技術的開發(fā)開辟一條新的道路,。（科學網(wǎng) 任霄鵬/編譯）
原始出處:
Published online before print November 1, 2007
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0704882104
Self-recognition and self-selection in multicomponent supramolecular coordination networks on surfaces
Alexander Langner*, Steven L. Tait*,, Nian Lin*,, Chandrasekar Rajadurai, Mario Ruben,, and Klaus Kern*,¶
*Max Planck Institute for Solid State Research, Heisenbergstrasse 1, D-70569 Stuttgart, Germany; Institute of Nanotechnology, Research Center Karlsruhe, PF 3640, D-76021 Karlsruhe, Germany; and ¶Institute de Physiques des Nanostructures, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, CH-1015 Lausanne, Switzerland
Edited by Jean-Marie P. Lehn, Université Louis Pasteur, Strasbourg, France, and approved September 14, 2007 (received for review May 24, 2007)
Abstract
Self-recognition, self-selection, and dynamic self-organization are of fundamental importance for the assembly of all supramolecular systems, but molecular-level information is not generally accessible. We present direct examples of these critical steps by using scanning tunneling microscopy to study mixtures of complementary organic ligands on a copper substrate. The ligands coordinate cooperatively with iron atoms to form well ordered arrays of rectangular multicomponent compartments whose size and shape can be deliberately tuned by selecting ligands of desired length from complementary ligand families. We demonstrate explicitly that highly ordered supramolecular arrays can be produced from redundant ligand mixtures by molecular self-recognition and -selection, enabled by efficient error correction and cooperativity, and show an example of failed self-selection due to error tolerance in the ligand mixture, leading to a disordered structure.
nanostructure | scanning tunneling microscopy | self-assembly | surface chemistry | organic molecule ligands
