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科技视点：可编程的合成材料
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科技视点：可编程的合成材料
图片来源：Pixabay
人造分子有一天将可以构成一种新型计算机的信息单元，或者成为可编程物质的基础。这些信息将以单个原子的空间排列方式进行编码——类似于碱基对序列确定DNA信息内容的方式，或者像组成计算机内存的0、1序列。
加州大学伯克利分校和波鸿鲁尔大学的研究人员已朝着这一愿景迈出了一步。他们向我们展示，原子探针断层扫描技术可用于读取多元金属-有机框架中金属离子的复杂空间排列。
金属有机框架（MOFs）是有着多金属节点的晶体多孔网络，这些金属节点由有机单元链接在一起，以此来形成明确结构。要使用一系列金属对信息进行编码，首先必须能读取金属排列。但是，阅读该排列极具挑战性。近来，由于这种多元结构能够提供广泛的信息，人们对表征金属序列兴趣渐浓。
本质上，以往没有方法可以读取MOFs中的金属序列。在当前的研究中，研究团队通过使用原子探针层析技术（APT）成功做到了这一点。该团队中的波鸿鲁尔大学材料科学家 Tong Li是这一技术的专家。研究人员选择了Yaghi小组于2005年制造的MOF-74作为研究对象。他们设计了混合了钴、镉、铅和锰的MOFs，然后使用APT解密了其空间结构。
波鸿鲁尔大学材料研究所原子尺度表征研究小组的负责人Li教授，与加州大学伯克利分校的Zhe Ji博士和Omar Yaghi教授在2020年8月在线发表于《科学》杂志的报告中介绍了该方法。
多元金属-有机框架杆(左)可利用不同的金属原子(有色球)编程来完成一系列化学任务，如控制药物释放，或者用类似数字计算机中1和0的方式编码信息。图片来源:加州大学伯克利分校
像生物一样复杂
未来，MOFs或可成为可编程化学分子的基础：例如，可以通过编程MOF将一种活性药物成分引入体内，以攻击受感染的细胞，然后将活性成分分解成不再需要的无害物质。或者可以将MOFs编程为在不同时间释放不同的药物。
“这是非常强大的，因为这本质上是在编码从框架中脱出分子的行为，”Yaghi这样表示。
它们还可以用来捕获二氧化碳，同时将二氧化碳转化为化学工业的有用原材料。
图片来源：Pixabay
作者们在论文中写道：“长远来看,这种结构与可编程的原子序列可以彻底改变我们思考材料合成的方式。材料合成的精确度和复杂性可以达到一个曾经专属于生物学领域的全新水平。”
撰文：罗伯特•桑德斯
翻译：曾欣欣
审校：董子晨曦
引进来源：加州大学伯克利分校
引进链接：https://phys.org/news/2020-08-programmable-synthetic-materials.html
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