化学脉冲激活栩栩如生的变色系统

一个紫色和粉色的化学混合物持续数小时这可能是朝着能对周围环境做出反应的栩栩如生的系统迈出的一步。托马斯。何曼思来自法国斯特拉斯堡大学的他和他的团队使用一种分子“燃料”来驱动变色的苝二亚胺(PDI)衍生物进入稳定递减的振荡。赫曼斯解释说:“当你在想要组装的系统和添加破坏组件的燃料之间找到正确的平衡时，你就可以找到振荡发生的窗口。”

Hermans受到微管蛋白结构的启发，微管蛋白结构在我们的细胞中迅速形成和分散，使它们形成形状，并帮助运输其他物质。组装的速度与蛋白质紧密结合有关，这也使得微管非常坚固。赫曼斯说:“它们比钢更坚固，但你细胞里的微管在30秒内就能长出微米长的长度。”新的振荡反应是向类似能力迈进的一步，因为它们也能迅速改变状态。

斯特拉斯堡的研究小组发现，2016年PDI衍生物在水中聚合。赫尔曼斯解释说:“有一个相对缓慢的成核阶段，在此之后，它会迅速伸长和生长。”赫曼斯说，这种指数级、非线性的增长速度是“寻找振荡器所需的第一个要素”。我的直觉告诉我，你需要筛选一个可能出现振荡的参数空间。”

该参数空间来自于大气中的氧气将PDI氧化成不带电的形式。“在不带电的状态下，分子是粉红色的，它真的很想自我组装，”赫曼斯解释道。它堆积成纳米纤维，而纳米纤维又组织成微米大小的胶体。相比之下，二硫酸钠，钠₂年代₂O₄，将PDI降低为可拆卸的紫色电离子。

强度模型

化学家们着手优化PDI的浓度，以及二硫酸盐“燃料”流入和驱动拆卸的速率。赫曼斯说:“我们只花了两周时间就发现了第一个振荡。”刚开始时，出现的彩色脉冲总是最明显的，但大约10小时后，它们只能被相机探测到。赫曼斯和他的同事目前还不确定原因，除了一个他认为不令人满意的数学解释。

除了研究衰减的脉冲强度之外，研究人员正在寻求生产类似于微管的高强度材料的长而持久的纤维。但有趣的是，一个如此快速地改变状态的系统是迈向逼真系统的一步，赫曼斯补充道。例如，这种反应性材料可能会试图从火焰中缩回自己，而不是像无生命的材料那样燃烧。

谢尔盖Semonov来自以色列雷霍沃特魏兹曼科学研究所的教授说，这些结果开始融合“超分子自组装与非线性化学动力学中出现的振荡和模式”。他补充说，微管的优势在于它的动态响应能力，Hermans的团队现在已经“在设计具有类似行为的合成聚合物结构方面迈出了第一步”。然而，Semonov补充说，“要达到与生物系统相当的控制水平”，还需要做大量的工作，包括预测数值模型，以实现有效的设计。

安妮特•泰勒谢菲尔德大学的教授也认为，“关于这里的运作机制，还有很多需要了解的地方”。她说:“这项工作的新奇之处在于，组装过程本身就是振动的驱动力。”因此，这项研究提供了关于自我组装的有价值的信息，泰勒认为，这可能在许多不同的系统中都很重要，包括生物系统。她补充说:“利用一种内部机制来控制纤维长度或大分子组装大小，可能是这项工作在未来的一个有吸引力的应用。”