Nieuwe methode om eenkristallen op micrometerschaal te produceren in de vorm van holle vaten

Wetenschappers van het Department of Materials Science van de University of Tsukuba hebben een nieuwe methode ontwikkeld om eenkristallen op micrometerschaal te produceren in de vorm van holle vaten. Door een ethanoloplossing op een kwartssubstraat te gieten, kunnen de moleculen spontaan in de juiste vorm assembleren. Dit onderzoek, gepubliceerd in Wetenschapkan de weg openen voor een nieuwe reeks experimenten waarin chemische processen in deze microscopische vaten kunnen worden opgenomen.

Een mooie schaal van kristal op een opvallende plek in huis plaatsen kan een positieve indruk op uw gasten maken. Maar een nog indrukwekkendere prestatie zou het vermogen zijn om zo’n vat te maken als een enkel microscopisch kristal. Hoewel bekend is dat sommige kleine organismen dit soort expertise vertonen, kan het voor wetenschappers een uitdaging zijn om deze nanocontainers reproduceerbaar te maken, omdat ongecontroleerde groei kan leiden tot misvormde eindproducten.

Nu heeft een team van onderzoekers van de Universiteit van Tsukuba een nieuwe procedure gerapporteerd om op reproduceerbare wijze holle, vatvormige kristallen te creëren die uniform van grootte zijn en bevestigd aan een substraat met hun open zijde naar boven gericht. De kristallen werden gekweekt uit moleculen met een kern van paracyclofaan en met vier (methoxyfenyl)ethynyl-armen, (S)-CP4 genaamd, of zijn spiegelbeeldmolecuul, (R)-CPP4. Om de vazen ​​te produceren, werd een verwarmde oplossing van (S)-CPP4 onder omgevingsomstandigheden voorzichtig op een kwartssubstraat gedruppeld. Toen de oplossing afkoelde, begonnen de moleculen spontaan te kristalliseren. “Met behulp van deze procedure waren we in staat om synchrone, uniaxiale en stapsgewijze groei van enkele kristallen van micrometerformaat te bereiken”, zegt senior auteur professor Yohei Yamamoto.

Het team gebruikte röntgenkristallografie en scanning-elektronenmicroscopie om de resulterende structuren te bestuderen. De zijwanden van de vaten groeiden naar buiten met hexagonale symmetrie, waardoor er een leegte in de facetten achterbleef. De grootte van de zijwanden bleek vrijwel constant te zijn, met een dikte van slechts 500 nanometer. De onderzoekers toonden ook aan hoe sterke intermoleculaire interacties het vat mechanische sterkte geven. Veel kristallen vaten kunnen tegelijkertijd worden gefabriceerd en er kan een verscheidenheid aan vormen worden geproduceerd. Overmatige rand- of lichaamsgroei geeft bijvoorbeeld aanleiding tot respectievelijk “bloem”- of “juweel” -vormen.

“Holle kristallen met ingewikkelde morfologieën en goed ontwikkelde kristallijne randen en facetten kunnen zeer nuttig zijn als kleine containers”, zegt professor Yamamoto. Als proof-of-concept smolt het team een ​​klein monster in een kristallen vat en ontdekte dat de resulterende vloeistof erin bleef. Op basis hiervan zouden we een nieuw type laboratoriumapparatuur op microformaat kunnen zien, waarin reacties kunnen worden uitgevoerd met extreem kleine hoeveelheden chemicaliën.