陈根：水分子自组装纳米带，比钢铁更坚固

文/陈根

自组装是自然界中普遍存在的现象，是生物体形成有组织结构的途径。例如，当两股DNA在没有任何外部刺激或引导的情况下结合形成一个双螺旋，或者当大量的分子结合形成膜或其他重要的细胞结构时，就可以看到这种现象。一切都顺其自然，而不需要一个看不见的建设者把所有的东西拼在一起。

受自组装的自然启发，科学家们设计了在水中自我组装的分子以制造纳米结构，用于药物输送或组织工程等生物医学应用。

然而，基于小分子的材料往往退化得相当快，并且，它们的化学性质往往不够稳定。在去除水时，小分子材料的整个结构就会崩溃，特别是当施加任何形式的外力时。

现在，来自麻省理工学院材料科学与工程系的研究人员设计了一类新的小分子，它们能以前所未有的强度自发地组装成纳米带，并始终保持它们的结构。

这些分子的特点是，其外侧部分是亲水的，喜欢与水相互作用，内侧部分是疏水的，不喜欢与水相互作用，中间有很强的受凯夫拉启发的氢键，使它们能够与其他分子紧密结合。

同时，疏水段和亲水段的微妙混合，以及密集的氢键网络，使得各个分子在水中以恰到好处的方式移动，因为有些部分被液体吸引，而另一些则被排斥，尽管所有分子都相当强烈地相互依附。结果显示，当加入水后，分子会自行组合成仅有纳米厚的长丝带，并且比钢铁还坚固。

然后，这些丝带被拉伸成长长的线，可以被晾干和处理，团队发现它们可以承受的重量是其自身重量的200倍。这种材料还拥有令人难以置信的高表面积，每克材料的表面积达到200平方米。

显然，这是对于具有极强机械性能的纳米结构的创造。下而这种自下而上的宏观材料将有利于自组装纳米材料在历史上无法实现的固态应用。

其研究结果已发表在《自然-纳米技术》杂志上。