分子ネットワーク形成のメカニズムを解明 (Scientists discover mechanism driving molecular network formation)

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2025-02-14 スイス連邦工科大学ローザンヌ校 (EPFL)

EPFLの研究者たちは、特定の分子が結晶性超分子ネットワークを自己組織化する際に重要な「界面柔軟性」という新たな特性を発見しました。この発見は、ナノスケールでのネットワーク形成において、化学結合の強さや数よりも界面の柔軟性が重要であることを示しています。研究チームは、3本のアームを持つDNA分子を用いて、アームの長さと柔軟性がネットワーク形成に与える影響を調査しました。結果、短くて剛直なアームを持つ分子は安定した六角形のネットワークを形成しましたが、長くて柔軟なアームを持つ分子は大きなネットワークを形成できませんでした。この知見は、合成分子の設計や生物学的システムの理解に新たな視点を提供します。

<関連情報>

界面の柔軟性が超分子ネットワークの核生成と成長を制御する Interface flexibility controls the nucleation and growth of supramolecular networks

Vincenzo Caroprese,Cem Tekin,Veronika Cencen,Majid Mosayebi,Navid Asmari,Tanniemola B. Liverpool,Derek N. Woolfson,Georg E. Fantner & Maartje M. C. Bastings
Nature Chemistry  Published:13 February 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41557-025-01741-y

分子ネットワーク形成のメカニズムを解明 (Scientists discover mechanism driving molecular network formation)

Abstract

Supramolecular networks are abundantly present in nature and, like crystalline materials, often develop from an initial nucleation site, followed by growth based on directional interactions between components. Traditionally, the binding strength and directionality of interactions is thought to dictate nucleation and crystal growth, whereas structural flexibility favours defects. Usually, macromonomers present multiple binding sites with relative intramolecular flexibility, but the effects of such flexibility on regulating network formation have been given little attention. Here we introduce the concept of ‘interface flexibility’ and demonstrate its critical importance in the nucleation and growth of supramolecular networks. As a model system, we use trisymmetric DNA-based macromonomers, which organize into hexagonal networks through weak π–π interactions at their tips. The directional nature and low spatial tolerance of π–π interactions mean that small shifts in orientation have a large effect on effective valency. We show that too much interface flexibility disrupts network formation, regardless of affinity. Tuning the interface flexibility greatly expands the available design space for synthetic supramolecular materials.

1700応用理学一般
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