Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и Рурского университета в Бохуме (RUB) сделали шаг в направлении этого видения. Они показали, что атомно-зондовую томографию можно использовать для считывания сложного пространственного расположения ионов металлов в многомерных металлоорганических структурах.
Металлоорганические каркасы (MOF) представляют собой кристаллические пористые сети из многометаллических узлов, связанных вместе органическими элементами, чтобы сформировать четко определенную структуру. Чтобы кодировать информацию с использованием последовательности металлов, важно сначала уметь прочитать расположение металла.
Однако прочитать аранжировку было крайне сложно. В последнее время интерес к характеристике металлических последовательностей растет из-за обширной информации, которую могут предложить такие многомерные структуры.
По сути, не было способа прочитать последовательность металла в MOF. В текущем исследовании исследовательская группа успешно сделала это с помощью атомно-зондовой томографии (APT), экспертом в которой является материаловед Тонг Ли из Бохума.
В качестве объекта интереса исследователи выбрали MOF-74, сделанный группой Yaghi в 2005 году. Они разработали MOF со смешанными комбинациями кобальта, кадмия, свинца и марганца, а затем расшифровали их пространственную структуру с помощью APT.
Ли, профессор и руководитель исследовательской группы по атомно-масштабной характеристике в Институте материалов при RUB, вместе с доктором. Чжэ Цзи и профессор Омар Яги из Калифорнийского университета в Беркли в журнале Science, опубликованном в Интернете 7 августа 2020 г.
Так же сложен, как биология
В будущем MOF могли бы стать основой программируемых химических молекул: например, MOF можно было бы запрограммировать для введения активного фармацевтического ингредиента в организм для нацеливания на инфицированные клетки, а затем расщепления активного ингредиента на безвредные вещества, когда он перестанет существовать. нужный. Или MOF могут быть запрограммированы на выпуск разных лекарств в разное время.
«Это очень мощно, потому что вы в основном кодируете поведение молекул, покидающих поры», – сказал Яги.
Их также можно использовать для улавливания CO2 и, в то же время, преобразования CO2 в полезное сырье для химической промышленности.
«В долгосрочной перспективе такие структуры с запрограммированными атомными последовательностями могут полностью изменить наше представление о синтезе материалов», – пишут авторы. "Синтетический мир может достичь совершенно нового уровня точности и сложности, который ранее был зарезервирован для биологии."
Работа была поддержана Центром передового опыта в области наноматериалов и приложений чистой энергии в Городе науки и технологий короля Абдулазиза.