Самостоятельная сборка
Самосборка — это процесс, в котором неупорядоченная система ранее существовавших компонентов образует организованную структуру или паттерн в результате специфических локальных взаимодействий между самими компонентами без внешнего управления. Когда составными компонентами являются молекулы, этот процесс называется молекулярной самосборкой .
Самосборку можно классифицировать как статическую или динамическую. При статической самосборке упорядоченное состояние формируется по мере того, как система приближается к равновесию , уменьшая ее свободную энергию . Однако при динамической самосборке паттерны ранее существовавших компонентов, организованных конкретными локальными взаимодействиями, обычно не описываются учеными в смежных дисциплинах как «самособирающиеся». Эти структуры лучше охарактеризовать как « самоорганизующиеся », хотя эти термины часто используются взаимозаменяемо.
Самосборку в классическом смысле можно определить как спонтанную и обратимую организацию молекулярных единиц в упорядоченные структуры за счет нековалентных взаимодействий . Первым свойством самособирающейся системы, которое предполагает это определение, является спонтанность процесса самосборки: взаимодействия, ответственные за формирование самособирающейся системы, действуют на строго локальном уровне, другими словами, наноструктура строит сама себя . .
Хотя самосборка обычно происходит между слабо взаимодействующими видами, эта организация может быть перенесена в сильно связанные ковалентные системы. Примером этого может служить самосборка полиоксометаллатов . Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что такие молекулы собираются по механизму типа плотной фазы , при котором небольшие ионы оксометаллатов сначала собираются нековалентно в растворе, после чего следует реакция конденсации , которая ковалентно связывает собранные единицы. [4] Этому процессу может способствовать введение шаблонных агентов для контроля формирующихся видов. [5] Таким образом, специфическим образом могут образовываться высокоорганизованные ковалентные молекулы.
Самособирающаяся наноструктура – это объект, возникающий в результате упорядочивания и агрегации отдельных нанообъектов по какому-либо физическому принципу.
Особенно нелогичным примером физического принципа, который может управлять самосборкой, является максимизация энтропии . Хотя энтропия обычно ассоциируется с беспорядком , при подходящих условиях [6] энтропия может заставить наноразмерные объекты самосбориться в целевые структуры контролируемым образом. [7]
