November 6, 2012

COLLOIDS WITH VALENCE AND SPECIFIC DIRECTIONAL BONDING


 "Colloids with valence and specific directional bonding". Y. Wang, Y. Wang, D. R. Breed, V. N. Manoharan, L. Feng, A. D. Hollingsworth, M. Weck, D. J. Pine. NATURE 491, 51 (2012). DOI: 10.1038/nature11564

The ability to design and assemble three-dimensional structures from colloidal particles is limited by the absence of specific directional bonds. As a result, complex or low-coordination structures, common in atomic and molecular systems, are rare in the colloidal domain. Here we demonstrate a general method for creating the colloidal analogues of atoms with valence: colloidal particles with chemically distinct surface patches that imitate hybridized atomic orbitals, including sp, sp2, sp3, sp3d, sp3d2 and sp3d3. Functionalized with DNA with single-stranded sticky ends, patches on different particles can form highly directional bonds through programmable, specific and reversible DNA hybridization. These features allow the particles to self-assemble into ‘colloidal molecules’ with triangular, tetrahedral and other bonding symmetries, and should also give access to a rich variety of new microstructured colloidal materials.

La capacidad para diseñar y ensamblar estructuras tridimensionales a partir de partículas coloidales tiene llimitaciones debido a la ausencia de enlaces direccionales específicos. Como resultado, es muy difícil encontrar estructuras complejas o de baja coordinación, como las que se encuentran en los sistemas atómicos y moleculares, en el dominio coloidal. Aquí se demuestra un método general para la creación de analogías coloidales de átomos con valencia: partículas coloidales con diversos parches químicos superficiales que imitan orbitales atómicos hibridados, que incluyen sp, sp2, sp3, sp3d, sp3d2 y sp3d3. Funcionalizando con ADN con terminaciones de enlace sencillas, los parches en diferentes partículas pueden formar enlaces altamente direccionales a partir de la hibridación programada, específica y reversible de ADN. Estas características permiten a las partículas autoensamblarse en "moléculas coloidales" con simetrías triangular, tetraédrica y con otras simetrías de enlace, y deben permitir elaborar toda una rica variedad de materiales coloidales microestructurados.

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