根据英国一个研究小组的研究,在溶液中形成的氨基酸和肽的无定形簇,其大小范围从分子到微米,影响晶体成核。这一新的见解可以让科学家更好地理解和控制一系列化合物的晶体生长。
在经典成核理论中,从一个相到另一个相必须克服一个能垒。例如,为了从溶液中形成晶体,当晶体达到临界尺寸时,单个分子附着在晶体核上。“近年来,理论和实验研究表明,成核机制比经典成核理论所设想的更复杂,涉及无定形团簇的形成,”来自美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的晶体成核专家艾伦·迈尔森(Allan Myerson)解释说,他没有参与这项研究。然而,这些星团的性质在很大程度上尚未被探索
为了研究这一观点,格拉斯哥大学的克拉斯·韦恩和斯特拉斯克莱德大学的丽贝卡·贝弗里奇合作研究了在氨基酸和肽的过饱和溶液中形成的聚集体的大小分布。首先,他们观察到无定形纳米团簇在几天内形成,使用动态光散射。数据可以用拉伸指数函数来分析,这表明存在一系列不同大小的结构。接下来,贝弗里奇的团队使用质谱法对使用动态光散射技术不可见的小纳米团簇进行成像。贝弗里奇说:“能够在分析中增加一个额外的工具,观察所有较小的事物,这真的很好,这对克拉斯能够观察的较大的事物是真正的补充。”
他们发现,从二聚体到微米级大小不等的聚集体在晶体成核中起着至关重要的作用。Wynne解释说:“在制造小晶体时,你不需要克服与大界面张力相关的大屏障,而是通过制造表面张力非常低的无定形结构来绕过它。”聚集体为成核提供了一个场所,从而降低了晶体形成的能垒。事实上,研究小组在显微镜下观察到了自发和激光诱导的晶体成核。“[这项研究]表明,聚集体的大小分布影响着向结晶核的转变,”迈尔森证实道。
该团队下一步计划使用替代光谱学,在动态光散射和质谱法之间的长度尺度上可视化星团。“我个人想用这个(新知识)开始控制事物,”Wynne说,他说这些发现可以扩展到药物,无机甚至蛋白质成核。“太赫兹或皮秒时间尺度上的分子尺度过程对小时或周尺度上发生的事情产生的影响令人印象深刻。”











