美国密歇根大学的研究人员发现了一种将流体聚集纳米晶体转化为自由浮动薄片的方法，这种方式与生命体中某些蛋白质的自组装过程类似。这项研究的相关文章已于10月13日发表在《科学》杂志上。

研究背景与意义

密歇根大学化学工程、材料科学与工程教授Sharon Glotzer表示，这项研究在生物学和纳米科学的两个基本组成部分——蛋白质和纳米粒子之间建立了重要的联系。该发现为从底层构建材料以应用于药物递送、能源等领域提供了巨大的潜力。

博士后研究员Kotov指出，这项研究的意义在于首次在蛋白质世界与纳米技术世界之间建立了关键的衔接。一旦能够控制纳米粒子及其自组装能力，将在光捕获纳米粒子装置以及类似蛋白质但由纳米粒子构成的新型药物等应用中带来显著突破。

研究方法与发现

研究团队发现，根据纳米粒子的大小，在紫外光照射下，这些薄片能够呈现从鲜绿色到深红色的颜色。这些薄片由碲化镉（CdTe）晶体制成，宽度约为2微米，厚度约为人类头发的五分之一。Glotzer指出，科学家早已掌握了如何将纳米粒子制成薄片，但此前的薄片只能在粒子处于两种流体之间时获得，而无法在单一流体表面上形成。

三年前，Kotov的实验室首次在实验中发现了这些薄片，但当时尚不清楚其形成的具体机制。Kotov解释说，某些特定蛋白质在生命体内会自组装成一种称为S-layers的结构，这些蛋白质包括各种细菌和古细菌的外层膜蛋白。它们能够在表面和界面形成正方形、六边形或其他几何形状的薄片，并被困在流体中。

研究团队致力于探索控制S-layer蛋白质自组装的力量与控制纳米粒子自组装的力量之间的联系。Glotzer的团队则专注于计算机建模和仿真，进一步揭示了这种自组装过程的机制。

研究成果与应用前景

华裔博士后张振立（Zhenli Zhang）根据实验室另一名华裔博士后唐智勇（Zhiyong Tang）的试验数据，尝试了不同的力学组合。研究发现，CdTe纳米晶体的独特形状能够增强某种组合力，从而促使形成异常的二维薄片结构。进一步实验表明，任何一种关键力量的缺失都会导致薄片无法形成，这验证了研究团队的理论预测。

Glotzer指出，自组装是生物分子形成特定几何和物理化学特性的基本自然原则。通过设计合适的模块，自组装技术在制造功能性纳米材料和设备时，能够展现出相较传统制造方法的显著优势。

这项研究的论文题目为“Self-assembly of CdTe Nanocrystals into Free-Floating Sheets”，已刊登在《科学》杂志上。