研究人员创造了纳米级金星的海洋

能源部太平洋西北国家实验室 (PNNL) 和华盛顿大学 (UW) 的研究人员成功设计了一种仿生分子，可以引导金原子形成完美的纳米级恒星。这项工作是朝着理解和控制金属纳米颗粒形状和创造具有可调特性的先进材料迈出的重要一步。

PNNL 高级研究科学家、UW 化学工程和化学副教授、UW-PNNL 教员陈春龙说，金属纳米材料具有有趣的光学特性，称为等离子体特性。特别是，已知星形金属纳米材料具有独特的增强功能，可用于传感和检测病原菌，以及其他国家安全和健康应用。

为了制造这些引人注目的纳米粒子，该团队仔细调整了类肽序列，这是一种可编程的类蛋白质合成聚合物。“类肽在实现分子水平控制方面提供了独特的优势，”陈说。在这种情况下，拟肽引导小金颗粒附着和放松，形成更大的五重孪晶，同时还稳定了晶体结构的各个方面。他们的方法受到大自然的启发，在大自然中，蛋白质可以控制具有高级功能的材料的创造。

Jim De Yoreo 和 Biao Jin 使用先进的原位透射电子显微镜 (TEM) 在纳米尺度上“观察”恒星在溶液中的形成。该技术既提供了对拟肽如何引导过程的深入机械理解，也揭示了粒子附着和小平面稳定在控制形状中的作用。De Yoreo 是 PNNL 的 Battelle 研究员和威斯康星大学材料科学与工程系的附属教授，而 Jin 是 PNNL 的博士后研究员。

在组装了他们的纳米级星座后，研究人员随后利用分子动力学模拟来捕捉实验中无法收集到的细节水平，并阐明为什么特定的拟肽控制了完美恒星的形成。Jim Pfaendtner 教授小组的化学工程博士后研究员 Xin Qi 在威斯康星大学领导了这项工作。Qi 使用 UW 的 Hyak 超级计算机集群来模拟几种不同的拟肽和粒子表面之间的界面现象。

模拟在学习如何设计以独特方式吸收和散射光的等离子体纳米材料方面发挥着关键作用。“你需要在分子水平上理解才能形成这种具有有趣等离子体特性的漂亮星形粒子，”陈说。模拟可以围绕为什么某些拟肽创建某些形状建立理论理解。

研究人员正在努力实现模拟指导实验设计的未来，该团队希望在一个循环中能够预测合成具有所需等离子体增强的纳米材料。在这方面，他们希望首先使用计算工具来识别具有所需面选择性的拟肽侧链和序列。然后，他们将采用最先进的原位成像技术，例如液体细胞 TEM，来监测直接的刻面表达、稳定性和粒子附着。换句话说，陈说，“如果有人能告诉我们等离子体纳米材料的结构具有有趣的光学特性，我们可以使用基于类肽的方法来预测吗?”

虽然他们还没有到那个地步，但这项成功的实验计算工作无疑让他们更接近了。此外，团队持续合成漂亮星形的能力是重要的一步。更均匀的粒子转化为更可预测的光学特性。