模拟细胞组装的分子模型

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    [生物通讯]美国宾夕法尼亚大学和英国谢菲尔德大学的研究人员在2月21日期的《科学》（Science）上发表文章，声称他们创造出可以自己组装为精确构造的25万个原子组成的模块的树状分子。这样的模块可能就是设计分子电子学或光子学材料的纳米结构的先祖，它们控制光的方式与计算机芯片控制电子的方式相同。

    宾夕法尼亚大学化学系主任Virgil Percec和他的同事还为化学家设计其它类型的树状分子以形成更大尺度的结构提供了指示器。这项研究由英国物理科学研究委员会和美国国家科学基金会资助。

    “Percec和他的同事开发出的这个模型可能模拟细胞中发生的自我装配过程。”NSF的项目官员Andrew Lovinger说。“这是首次用大尺度的超分子结构将其自身组装为这样一个格外大而复杂的结构。”

    光子学的目标是以电子学控制和利用电子的方式控制光。一个工作的光子晶体大小一定要与光波长大致相同。而且要有精确的结构以便与光产生可预测的、可重复的相互作用。Percec和他的同事发明的这项技术可以帮助化学家设计出大小接近光子的自我组装的材料。

    “光子晶体需要重复大小在光波长范围之内的模块。”Percec 说。“目前为止，我们是唯一能够在纳米尺度上精确设计原子的研究小组。这种精度和做法在早先的有机化学中还未发现。”

    研究人员的研究由称为树突（dendron）的树状有机分子开始，每个树突分子都是近圆锥形的。12个树突分子就可以自己组装为8,500原子的球体。一旦组装，这个球体就成了一个“液晶”，－－一种能像液体一样流动但又具有某些结晶固体性质的材料。液晶普遍用于计算机显示器屏幕以及其它电器。

    在正确的条件下，液晶分子会将其自身“压缩”为规则的、重复的模式，称为点阵。普通的点阵结构与盒子中一层层整齐摆放的高尔夫球十分相似。然而，不是压缩为普通的点阵，Percec的研究小组创造的这个球体而是排列为更为复杂的结构。

    “我们创造出极大的球体，可以压缩为最复杂的点阵，而不是人们想象的最简单的点阵。”Percec说。“这个点阵是我们以前在有机分子中没有见过的。它们的行为象重原子，有一个硬核和一个柔软的外部，就像包围在铀等金属外层的电子云。”

    由于它们是由树突分子构建成的，因此这个球体不是实心的，而是具有一个刷子样的由树突的分枝构成的表面。这个刷子样表面允许球体发生轻微变形，内部的空间更像一个肥皂泡而不是高尔夫球。然而，球体足够坚硬产生重复点阵。

    在我们的研究重，重复“模块”－－，也就是单元细胞，是由30个球体－－超过250,000个原子组成的，呈矩形，长宽分别为20纳米和10纳米。这篇发表在《科学》上的文章为化学家创造出能够压缩为更复杂的点阵的、足够散射光的更大的球体探索了道路。

生物通编译自BIO.COM