新方法可制造自然界没有的全新晶体

      据美国物理学家组织网10月14日（北京时间）报道，美国西北大学开发出一种新方法，将纳米粒子作为“原子”，DNA（脱氧核糖核酸）作为“化学键”，按照某些自然界晶体中的原子晶格方式来制造晶体，能制出甚至原先在自然界没有的全新晶体。按照该方法和基本设计规则，人们可能造出多种新材料，用于催化剂、电子设备、光学设备、生物医学和发电、储存及转化技术等领域。该研究发表在10月14日的《科学》杂志上。

      “我们能控制结晶的模式，这在许多方面比自然界和实验室的原子结晶方式更加强有力。”领导该项研究的西北大学国际纳米技术研究院主管、温伯格文理学院化学教授乍得?米尔金说，“我们正在编制一张新的晶体种类周期表。按照设计规则，用纳米粒子作为‘人造原子’，通过控制纳米粒子的大小、形状、类型及其在既定晶格中的位置，改变DNA的长度，就产生了几乎无限的可调性。我们能制造出全新的材料，超出自然界所限定的那些晶体。”

      研究人员解释说，用不同大小的纳米粒子和不同长度的DNA链组合，就能形成各种各样的晶体结构。经过混合和加热，组装的粒子从最初的无序状态转变为一种有序状态，每个粒子都按照晶格结构固定在各自的位置。他们在论文中提出了6种设计规则，在粒子大小和DNA长度已知时，能预测不同晶体结构的相对稳定性，并按照规则设计了41种晶体结构，表现出9种完全不同的晶体对称性。

      研究人员指出，设计规则提供了一种能独立调节每个相关晶体参数的方法，包括粒子大小（5?60纳米）、晶体对称性和晶格参数（20?150纳米），这41种晶体只是很小一部分样品。该方法也适用于各种化学成分的纳米粒子，粒子类型和其结构对称性决定着晶体的性质。在开发新材料方面，该方法提供了一种预测和控制材料物理性质的理想手段。

      米尔金认为，很快还将出现一种软件，帮助科学家挑选粒子和DNA，按照需要制造出几乎任意结构的晶体材料。

    总编辑圈点

      早在老祖宗晒制海盐时，人工制备晶体就已不是什么新鲜事。然而正如石墨、钻石两种晶体所揭示的，内部结构的些许差异，就可能让晶体的物理、化学性质截然不同。也正因为如此，科学家一直对如何控制晶体生长方式的热情毫不消减。与过去众多的控制手段相比，美国科学家的这项新发现似乎有些毕其功于一役的意味：既能提前预测晶体的生长结果，又有无限多种晶格结构可供选择，要定制一款特殊结构的晶体还是难事吗？