可变形材料：研究人员诱使纳米粒子重新配置自己

密歇根大学和印第安纳大学的研究人员的一项新研究表明，通过结合电子显微镜、带有微观通道的小型样品架和计算机模拟的方法，现在可以观察到纳米级构建块如何根据命令重新排列成不同的有组织结构

这种方法最终可能使智能材料和涂层能够在不同的光学、机械和电子性能之间切换

密歇根大学化学工程博士生、发表在《自然化学工程》上的该研究的共同第一作者Tobias Dwyer说：“我最喜欢的自然界中这种现象的一个例子是变色龙。”

“变色龙通过改变皮肤中纳米晶体之间的间距来改变颜色。我们的梦想是设计一个动态的多功能系统，可以像我们在生物学中看到的一些例子一样好。”

在这项研究中，印第安纳大学的研究小组首先将纳米粒子（一类比普通细菌细胞小的材料）悬浮在微流体流动池上的微小液体通道中。这种类型的装置使研究人员能够在电子显微镜下观察混合物的同时，将不同种类的液体动态冲入细胞

研究人员了解到，该仪器给纳米粒子（通常相互吸引）提供了足够的静电排斥力，将它们推开，使它们组装成有序的排列

纳米粒子是由金制成的立方体，它们要么将表面完美地排列成整齐的簇，要么形成更混乱的排列。材料的最终排列取决于块悬浮的液体的性质，将新的液体冲入流动池会导致纳米块在两种排列之间切换

该实验是如何将纳米粒子引导到所需结构的概念验证。纳米粒子太小，无法手动操作，但这种方法可以帮助工程师学会通过改变环境来重新配置其他纳米粒子

“你以前可能已经能够将粒子移动到新的液体中，但你无法实时观察它们对新环境的反应，”IU化学副教授叶兴晨说，他开发了这项实验技术，也是该研究的主要通讯作者

“我们可以使用这个工具对许多类型的纳米级物体进行成像，如分子链、病毒、脂质和复合颗粒。制药公司可以使用这项技术来了解病毒在不同条件下如何与细胞相互作用，这可能会影响药物开发。”

研究人员说，在实际的可变形材料中激活颗粒不需要电子显微镜。光照和pH值的变化也可以达到这一目的

但是，为了将该技术扩展到不同类型的纳米粒子，研究人员需要知道如何改变液体和显微镜设置来排列粒子。密歇根大学团队运行的计算机模拟通过识别导致粒子相互作用和组装的力，为未来的工作打开了大门

密歇根大学化学工程助理研究科学家、该研究的共同第一作者蒂姆·摩尔说：“我们认为，我们现在对所有物理学都有了足够好的理解，可以预测如果我们使用不同形状或材料的粒子会发生什么。”。他与密歇根大学化学工程系主任、该研究的通讯作者Dwyer和Sharon Glotzer一起设计了计算机模拟

“实验和模拟的结合令人兴奋，因为我们现在有了一个平台，可以与我们的IU合作伙伴一起实时设计、预测、制造和观察新的可变形材料，”Glotzer说，他也是John Werner Cahn杰出大学教授和Stuart W.Churchill化学工程学院教授