ویکی‌پدیا

پیش‌نویس:خودآرایی مولکولی

تصویر AFM از مولکول‌های napthalenetetracarboxylic diimide روی نقره که از طریق پیوند هیدروژنی در دمای 77 کلوین به هم مربوط می شوند. ( پیوندهای هیدروژنی در تصویر بالا در نتیجه روش تصویربرداری به صورت اغراق آمیز نشان داده شده اند. [۱] [۲] [۳] . )
تصویربرداری NC-AFM از فرآیند خودآرایی مولکولی مولکولهای اسید 2-آمینوترفتالیک روی کلسیت (104). [۴]
تصویر STM از خودآرایی مولکول های Br4-pyrene روی سطح (111) طلا


در شیمی و علم مواد، خودآرایی مولکولی فرآیندی است که در طی آن مولکول ها یک آرایش تعریف شده را بدون دخالت یا مدیریت یک عامل خارجی اتخاذ می کنند. خودآرایی مولکول ها دو نوع است: درون مولکولی و بین مولکولی. معمولاً اصطلاح خودآرایی مولکولی به مورد دوم اشاره دارد، در حالی که مورد اول غالباً تاشدن نامیده می شود.

سیستم های فوق مولکولی ویرایش

خودآرایی مولکولی یک مفهوم کلیدی در شیمی فوق مولکولی است . [۵] [۶] [۷] این به این دلیل است که مونتاژ مولکول‌ها در چنین سیستم‌هایی از طریق برهمکنش‌های غیرکووالانسی (برای مثال پیوند هیدروژنی ، کنارهم قرارگیری

فلزات، نیروهای آبگریز، نیرو های واندروالس ، برهم‌کنش‌های انباشته شدن اوربیتال های پی ، و یا برهم کنش های الکترواستاتیک) و همچنین برهمکنش‌های الکترومغناطیسی انجام می‌شود. نمونه‌های متداول شامل تشکیل کلوئیدها ، میعانات زیست مولکولی ، میسل‌ها ، وزیکول‌ها ، فازهای کریستال مایع و تک‌لایه‌های لانگمویر توسط مولکول‌های فعال سطحی است. [۸] مثال‌های بیشتر از مجموعه‌های فوق مولکولی نشان می‌دهد که انواع شکل ها و اندازه‌های مختلف را می‌توان با استفاده از خودآرایی مولکولی به‌دست آورد. [۹]

خودآرایی مولکولی امکان ایجاد و ساخت توپولوژی های مولکولی چالش برانگیز را برای محققان فراهم می کند. یک مثال از این ساختارها حلقه های Borromean است، حلقه های به هم پیوسته ای که در آن حذف یک حلقه باعث باز شدن حلقه های دیگر می شود. DNA به عنوان یک ماده ساختاری برای تهیه یک نسخه مولکولی از حلقه های بورومین استفاده شده است. [۱۰] اخیراً، ساختار مشابهی با استفاده از بلوک های ساختمانی غیر زیستی نیز تهیه شده است.[۱۱]

سیستم های بیولوژیکی ویرایش

خودآرایی مولکولی زیربنای ساخت مجموعه های ماکرومولکولی بیولوژیکی و میعانات بیومولکولی در موجودات زنده است و بنابراین برای عملکرد سلول ها بسیار مهم است. این موضوع در خودآرایی لیپیدها برای تشکیل غشاء ، تشکیل DNA مارپیچ دوگانه از طریق پیوند هیدروژنی هر یک از رشته‌ها، و شکل دهی پروتئین‌ها برای تشکیل ساختارهای چهارتایی دیده می‌شود. خودآرایی مولکولی پروتئین هایی که به صورت نادرست تا شده اند در الیاف نامحلول آمیلوئید عامل بیماری های عصبی مرتبط با پریون عفونی است. خودآرایی مولکولی ساختارها در مقیاس نانو نقش مهمی در رشد ساختارهای بتا کراتین لاملا/ستا/اسپاتول ایفا می‌کند که موجب توانایی گکوها در بالا رفتن از دیوارها و چسبیدن به سقف‌ها و برآمدگی‌های سنگی می‌شود. [۱۲] [۱۳]

مولتیمرهای پروتئینی ویرایش

هنگامی که چندین نسخه از یک پلی پپتید رمزگذاری شده توسط یک ژن خودآرایی می کنند تا یک کمپلکس تشکیل دهند، این ساختار پروتئینی "مولتیمر" نامیده می شود. [۱۴] دیده شده که ژن هایی که پلی پپتیدهای سازنده مولتیمر را رمزگذاری می کنند رایج هستند. هنگامی که یک مولتیمر از پلی پپتیدهایی شکل می گیرد که توسط دو آلل جهش یافته متفاوت برگرفته یک ژن تشکیل می شوند، مولتیمر مخلوط ممکن است فعالیت عملکردی بیشتری نسبت به مولتیمرهای شکل گرفته توسط هر یک از جهش یافته ها به تنهایی از خود نشان دهد. در چنین حالتی از پدیده به عنوان مکمل درون ژنی یاد می شود. [۱۵]ژهل خاطرنشان کرد که هنگامی که پلی پپتید ها در یک مایع غوطه ور باشند و با مولکول های دیگر در هم تنیده باشند، نوسانات نیروهای بار باعث می شوند ارتباط مولکول های یکسان موفق تر شکل بگیرد. [۱۶]

فناوری نانو ویرایش

خودآرایی مولکولی یک جنبه مهم از رویکردهای پایین به بالا در فناوری نانو است. با استفاده از خودآرایی مولکولی، ساختار نهایی یا همان ساختار مطلوب به کمک شکل و گروه های عاملی مولکول برنامه ریزی می شود. خودآرایی به عنوان یک روش تولید «از پایین به بالا» نامیده می شود، برخلاف تکنیک های «بالا به پایین» مانند لیتوگرافی که در آن ساختار نهایی مورد نظر از یک قطعه بزرگتر ماده تراشیده می شود. در چشم انداز نظری نانوتکنولوژی مولکولی ، می توان ریزتراشه‌های آینده را با روش های خودآرایی مولکولی ساخت. مزیت ساخت نانوساختارها با استفاده از خودآرایی مولکولی مواد زیستی این است که آنها دوباره به مولکول‌های جداگانه تجزیه می‌شوند که بدن قادر به تجزیه آن ها است.

نانوتکنولوژی DNA ویرایش

نانوتکنولوژی DNA حوزه‌ای از تحقیقات امروزی است که از رویکرد خودآرایی " پایین به بالا" برای دستیابی به اهداف مورد نظر در زمینه فناوری نانو استفاده می‌کند. نانوتکنولوژی DNA از ویژگی‌های منحصربه‌فرد شناسایی مولکولی DNA و سایر اسید نوکلئیک ها برای ایجاد کمپلکس های DNA شاخه‌دار خودآرا با خواص مفید استفاده می‌کند. [۱۷] بنابراین DNA به‌عنوان یک ماده ساختاری و نه به‌عنوان حامل اطلاعات بیولوژیکی به کار می رود. این روش برای ساختن ساختارهایی مانند شبکه‌های پیچیده دو بعدی و سه بعدی (هم ساختار های بر پایه کاشی و هم با استفاده از روش « اوریگامی دی ان ای ») و ساختارهای سه‌بعدی چند وجهیها به کار می رود. [۱۸] این ساختارهای DNA همچنین به عنوان الگو در مونتاژ مولکول های دیگر مانند نانوذرات طلا [۱۹] و پروتئین های استرپتاویدین استفاده شده اند. [۲۰]

تک لایه های دو بعدی ویرایش

مونتاژ خود به خودی یک لایه از مولکول ها در سطوح مشترک خودآرایی دو بعدی نام دارد. یکی از نمونه‌های متداول این ساختارها، تک لایه‌های لانگمویر-بلاجت و چند لایه ها مولکول های فعال سطحی هستند. مولکول های فعال غیر سطحی نیز می توانند در ساختارهای منظم جمع شوند. شواهد اولیه دال بر این که مولکول‌های فعال غیر سطحی می‌توانند در ساختارهای منظم تر در مرزهای اتصال جامد جمع شوند، با توسعه میکروسکوپ تونل زنی روبشی به دست آمد. [۲۱] در نهایت دو استراتژی برای خودآرایی ساختارهای دوبعدی رایج شدند: خودآرایی پس از رسوب‌گذاری با خلاء فوق‌العاده بالا و بازپخت و خود مونتاژ در مرز اتصال جامد-مایع. [۲۲] طراحی مولکول‌ها و شرایطی که منجر به شکل‌گیری ساختارهای کریستالی بسیار منظم می‌شود، امروزه شکلی از مهندسی کریستال دوبعدی در مقیاس نانو در نظر گرفته می‌شود.

همچنین ببینید ویرایش

منابع ویرایش

  1. ↑ Sweetman, A. M.; Jarvis, S. P.; Sang, Hongqian; Lekkas, I.; Rahe, P.; Wang, Yu; Wang, Jianbo; Champness, N.R.; Kantorovich, L. (2014). "Mapping the force field of a hydrogen-bonded assembly". Nature Communications. 5: 3931. Bibcode:2014NatCo...5.3931S. doi:10.1038/ncomms4931. PMC 4050271. PMID 24875276.
  2. ↑ Hapala, Prokop; Kichin, Georgy; Wagner, Christian; Tautz, F. Stefan; Temirov, Ruslan; Jelínek, Pavel (2014-08-19). "Mechanism of high-resolution STM/AFM imaging with functionalized tips". Physical Review B. 90 (8): 085421. arXiv:1406.3562. Bibcode:2014PhRvB..90h5421H. doi:10.1103/PhysRevB.90.085421.
  3. ↑ Hämäläinen, Sampsa K.; van der Heijden, Nadine; van der Lit, Joost; den Hartog, Stephan; Liljeroth, Peter; Swart, Ingmar (2014-10-31). "Intermolecular Contrast in Atomic Force Microscopy Images without Intermolecular Bonds". Physical Review Letters. 113 (18): 186102. arXiv:1410.1933. Bibcode:2014PhRvL.113r6102H. doi:10.1103/PhysRevLett.113.186102. PMID 25396382.
  4. ↑ Kling, Felix (2016). Diffusion and structure formation of molecules on calcite(104) (PhD). Johannes Gutenberg-Universität Mainz.
  5. ↑ Lehn, J.-M. (1988). "Perspectives in Supramolecular Chemistry-From Molecular Recognition towards Molecular Information Processing and Self-Organization". Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 27 (11): 89–121. doi:10.1002/anie.198800891.
  6. ↑ Lehn, J.-M. (1990). "Supramolecular Chemistry-Scope and Perspectives: Molecules, Supermolecules, and Molecular Devices (Nobel Lecture)". Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 29 (11): 1304–1319. doi:10.1002/anie.199013041.
  7. ↑ Lehn, J.-M. Supramolecular Chemistry: Concepts and Perspectives. Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-29311-7.
  8. ↑ Rosen, Milton J. (2004). Surfactants and interfacial phenomena. Hoboken, NJ: Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-47818-8.
  9. ↑ Ariga, Katsuhiko; Hill, Jonathan P; Lee, Michael V; Vinu, Ajayan; Charvet, Richard; Acharya, Somobrata (2008). "Challenges and breakthroughs in recent research on self-assembly". Science and Technology of Advanced Materials. 9 (1): 014109. Bibcode:2008STAdM...9a4109A. doi:10.1088/1468-6996/9/1/014109. PMC 5099804. PMID 27877935.
  10. ↑ Mao, C; Sun, W; Seeman, N. C. (1997). "Assembly of Borromean rings from DNA". Nature. 386 (6621): 137–138. Bibcode:1997Natur.386..137M. doi:10.1038/386137b0. PMID 9062186.
  11. ↑ Chichak, K. S.; Cantrill, S. J.; Pease, A. R.; Chiu, S. H.; Cave, G. W.; Atwood, J. L.; Stoddart, J. F. (2004). "Molecular Borromean Rings" (PDF). Science. 304 (5675): 1308–1312. Bibcode:2004Sci...304.1308C. doi:10.1126/science.1096914. PMID 15166376. S2CID 45191675.
  12. ↑ Min, Younjin; et al. (2008). "The role of interparticle and external forces in nanoparticle assembly". Nature Materials. 7 (7): 527–38. Bibcode:2008NatMa...7..527M. doi:10.1038/nmat2206. PMID 18574482.
  13. ↑ Santos, Daniel; Spenko, Matthew; Parness, Aaron; Kim, Sangbae; Cutkosky, Mark (2007). "Directional adhesion for climbing: theoretical and practical considerations". Journal of Adhesion Science and Technology. 21 (12–13): 1317–1341. doi:10.1163/156856107782328399. Gecko "feet and toes are a hierarchical system of complex structures consisting of lamellae, setae, and spatulae. The distinguishing characteristics of the gecko adhesion system have been described [as] (1) anisotropic attachment, (2) high pulloff force to preload ratio, (3) low detachment force, (4) material independence, (5) self-cleaning, (6) anti-self sticking and (7) non-sticky default state. ... The gecko’s adhesive structures are made from ß-keratin (modulus of elasticity [approx.] 2 GPa). Such a stiff material is not inherently sticky; however, because of the gecko adhesive’s hierarchical nature and extremely small distal features (spatulae are [approx.] 200 nm in size), the gecko’s foot is able to intimately conform to the surface and generate significant attraction using van der Waals forces.
  14. ↑ Crick FH, Orgel LE. The theory of inter-allelic complementation. J Mol Biol. 1964 Jan;8:161-5. doi: 10.1016/s0022-2836(64)80156-x. PMID: 14149958
  15. ↑ Bernstein H, Edgar RS, Denhardt GH. Intragenic complementation among temperature sensitive mutants of bacteriophage T4D. Genetics. 1965;51(6):987-1002.
  16. ↑ H. Jehle (1963), "Intermolecular forces and biological specificity", Proc Natl Acad Sci USA, 50 (3): 516–524, doi:10.1073/pnas.50.3.516
  17. ↑ Seeman, N. C. (2003). "DNA in a material world". Nature. 421 (6921): 427–431. Bibcode:2003Natur.421..427S. doi:10.1038/nature01406. PMID 12540916.
  18. ↑ Chen, J.; Seeman, N. C. (1991). "Synthesis from DNA of a molecule with the connectivity of a cube". Nature. 350 (6319): 631–633. Bibcode:1991Natur.350..631C. doi:10.1038/350631a0. PMID 2017259.
  19. ↑ Mirkin, C. A.; Letsinger, R. L.; Mucic, R. C.; Storhoff, J. J. (1996). "A DNA-based method for rationally assembling nanoparticles into macroscopic materials". Nature. 382 (6592): 607–609. Bibcode:1996Natur.382..607M. doi:10.1038/382607a0. PMID 8757129.
  20. ↑ Yan, H; Park, S. H.; Finkelstein, G; Reif, J. H.; Labean, T. H. (2003). "DNA-Templated Self-Assembly of Protein Arrays and Highly Conductive Nanowires". Science. 301 (5641): 1882–1884. Bibcode:2003Sci...301.1882Y. doi:10.1126/science.1089389. PMID 14512621.
  21. ↑ Foster, J. S.; Frommer, J. E. (1988). "Imaging of liquid crystals using a tunnelling microscope". Nature. 333 (6173): 542–545. Bibcode:1988Natur.333..542F. doi:10.1038/333542a0.
  22. ↑ Rabe, J.P.; Buchholz, S. (1991). "Commensurability and Mobility in Two-Dimensional Molecular Patterns on Graphite". Science. 253 (5018): 424–427. Bibcode:1991Sci...253..424R. doi:10.1126/science.253.5018.424. JSTOR 2878886. PMID 17746397.
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=پیش‌نویس:خودآرایی_مولکولی&oldid=36473936»