분자 자가 조립

Molecular self-assembly
77K에서 [1]수소 결합을 통해 상호작용하는 은의 Napthalenetracarboxylic Diimide 분자의 AFM 이미지(위 이미지에서 수소 결합은 이미징 기술의 아티팩트로 과장됨).[2][3]
칼사이트에 2-아미노테레프탈산 분자의 분자 자가조립 과정을 NC-AFM 이미징(104).[4]
Au(111) 표면(상부)에서 자체 조립된 Br-피렌4 분자의 STM 이미지 및 그 모델(하단, 분홍색 구체는 Br 원자).[5]

분자 자가조립은 분자가 외부 소스로부터의 안내나 관리 없이 정의된 배치를 채택하는 과정이다.자가 조립에는 두 가지 유형이 있습니다.이것들은 분자내 자가조립과 분자간 자가조립입니다.일반적으로 분자 자가 조립이라는 용어는 분자 간 자가 조립을 의미하며, 분자 내 유사체는 일반적으로 접힘이라고 불립니다.

초분자계

분자 자가조립은 초분자 [6][7][8]화학의 핵심 개념이다.이는 이러한 시스템에서 분자의 집합이 전자기 상호작용뿐만 아니라 비공유 상호작용(예: 수소 결합, 금속 배위, 소수력, 판데르발스 힘, 파이 적층 상호작용 및/또는 정전)을 통해 유도되기 때문이다.일반적인 예로는 계면활성제 [9]분자에 의한 콜로이드, 생체분자 응축물, 미셀, 소포, 액정상, 랑뮤어 단분자층 형성이 있다.초분자 어셈블리의 또 다른 예는 분자 자가 [10]어셈블리를 사용하여 다양한 모양과 크기를 얻을 수 있다는 것을 보여준다.

분자 자기집합은 도전적인 분자 토폴로지의 구축을 가능하게 한다.한 가지 예는 Borromean 링으로, 하나의 링을 제거하면 다른 링이 각각 잠금 해제되는 인터락 링입니다.DNA는 보롬 [11]고리의 분자 유사체를 만드는 데 사용되어 왔다.최근에는 비생물학적 구성 [12]요소를 사용하여 유사한 구조가 준비되었습니다.

생물계

분자 자가조립은 생체 고분자 조립체와 생체 분자 응축물의 기초가 되며, 따라서 세포의 기능에 매우 중요하다.그것은 막을 형성하기 위한 지질 자가 조립, 개별 가닥의 수소 결합을 통한 이중 나선 DNA 형성, 4차 구조를 형성하기 위한 단백질 집합에서 나타난다.잘못 접힌 단백질을 불용성 아밀로이드 섬유로 만드는 분자 자가조립은 감염성 프리온 관련 신경변성 질환의 원인이 된다.나노스케일 구조의 분자 자가조립은 도마뱀붙이에게 벽을 오르고 천장과 암석 [13][14]돌출부에 부착하는 능력을 부여하는 데 사용되는 주목할 만한 β-케라틴 층상/세태/스파툴래 구조의 성장에 역할을 합니다.

단백질 멀티머

유전자에 의해 코드된 폴리펩타이드의 여러 복사가 복합체를 형성하기 위해 자가 조립될 때, 이 단백질 구조를 [15]멀티머라고 한다.멀티머를 형성하는 폴리펩타이드를 코드하는 유전자는 일반적인 것으로 보인다.특정 유전자의 서로 다른 두 돌연변이 대립 유전자에 의해 생성된 폴리펩타이드로부터 멀티머가 형성될 때, 혼합 멀티머는 각각의 돌연변이만으로 형성되는 비혼합 멀티머보다 더 큰 기능 활성을 보일 수 있다.이 경우 이 현상을 유전자 [16]내 상보라고 한다.Jehle은[17] 액체에 담그고 다른 분자와 섞일 때 전하 변동력은 가장 가까운 이웃으로 동일한 분자의 결합을 선호한다고 지적했다.

나노테크놀로지

분자 자가조립은 나노기술에 대한 상향식 접근법의 중요한 측면이다.분자 자가조립을 사용하여 최종(원하는) 구조를 분자의 형태와 기능 그룹으로 프로그래밍합니다.자가조립은 리소그래피와 같은 '하향식' 기법과 달리 '상향식' 제조 기술로 불리며, 원하는 최종 구조를 더 큰 물질 블록에서 조각합니다.분자 나노 기술의 투기적 비전에 따르면 미래의 마이크로칩은 분자 자가 조립에 의해 만들어질 수 있다.생체재료에 분자 자가조립을 이용한 나노구조 구축의 장점은 나노구조가 체내에서 분해될 수 있는 개별 분자로 분해된다는 것이다.

DNA나노테크놀로지

주요 기사 : DNA 나노테크놀로지

DNA 나노기술은 나노기술 목표를 위해 상향식 자가조립 방식을 사용하는 현재 연구 분야입니다.DNA 나노 기술은 DNA와 다른 핵산의 독특한 분자 인식 특성을 이용하여 유용한 특성을 [18]가진 자가 조립 분지 DNA 복합체를 만듭니다.따라서 DNA는 생물학적 정보의 운반체가 아닌 구조 재료로 사용되어 복잡한 2D 및 3D 격자(타일 기반 및 "DNA 종이접기" 방법을 사용하는 것)와 [19]다면체 형태의 3차원 구조와 같은 구조를 만든다.이 DNA 구조들은 또한 금 나노[20] 입자와 스트렙타비딘 [21]단백질과 같은 다른 분자들의 집합에서 템플릿으로 사용되어 왔다.

이차원 단분자층

주요 기사:단층

계면에서 분자의 단일 층의 자발적인 조립을 보통 2차원 자기 조립이라고 합니다.이러한 어셈블리의 일반적인 예 중 하나는 Langmuir-Blodgett 단분자층 및 계면활성제의 다층입니다.비표면 활성 분자도 질서 있는 구조로 조립할 수 있습니다.비표면 활성 분자가 고체 계면에서 고차 아키텍처로 조립될 수 있다는 것을 보여주는 초기 직접 증거는 스캐닝 터널링 현미경의 개발과 그 직후에 이루어졌다.[22]결국 2D 아키텍처의 자가 조립에는 초고진공 증착 후 자가 조립, 고액 인터페이스에서의 [23]아닐링 및 자가 조립이라는 두 가지 전략이 보급되었습니다.고결정 구조의 형성에 이르는 분자와 조건의 설계는 오늘날 나노스코프 규모의 2D 결정 공학의 한 형태로 간주됩니다.

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레퍼런스

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