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。
相关英文论文摘要：
Nanoparticle Superlattice Engineering with DNA
A current limitation in nanoparticle superlattice engineering is that the identities of the particles being assembled often determine the structures that can be synthesized. Therefore, specific crystallographic symmetries or lattice parameters can only be achieved using specific nanoparticles as building blocks (and vice versa). We present six design rules that can be used to deliberately prepare nine distinct colloidal crystal structures, with control over lattice parameters on the 25- to 150-nanometer length scale. These design rules outline a strategy to independently adjust each of the relevant crystallographic parameters, including particle size (5 to 60 nanometers), periodicity, and interparticle distance. As such, this work represents an advance in synthesizing tailorable macroscale architectures comprising nanoscale materials in a predictable fashion.
英文论文链接：https://www.sciencemag.org/content/334/6053/204.abstract?sid=b78b73b0-b05e-4e71-8f13-4297e7e8dbe9
