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一个化学家团队已经揭示了复杂纳米级结构自组装的过程，发现轮状氧化钼分子在中心瞬态支架的帮助下成形。
研究人员在1月1日出版的《科学》杂志上描述了这些氧化钼轮的形成过程。尽管激发纳米轮自组装所需的基本成分是已知的，但它们生长的实际机制“确实完全是个谜”，格拉斯哥大学的化学家、研究合著者Lee Cronin说。“纳米尺度的自组装非常复杂和精细，我们在关键层面根本不了解它。”
Cronin和他在格拉斯哥以及德国比勒费尔德大学的同事使用受控流动系统，使钼酸盐（一种含氧钼盐）、硝酸和提供电子的还原剂处于非平衡状态——也就是说，防止它们产生的反应不受阻碍地进行到最终状态。因此，他们能够在自组装过程中分离出一个直径为3.6纳米的轮子。（一纳米是十亿分之一米；相比之下，纳米轮大约是DNA链宽度的1.5倍。）轮子内部嵌套着一个分子支架，形式为一个较小的氧化钼簇，它不存在于最终产品中——在某个时候，轮子会弹出自己的轮毂。支架簇在弹出后仍然完好无损，可以继续形成其他纳米轮的模板。
Cronin说，模板簇的作用“就像晶种，如果你愿意的话”，他和他的同事通过重新开始反应来验证这一点，并在混合物中添加了预制模板。果然，纳米轮形成反应加速了，因为该过程的第一步——模板合成——已经完成。
新的研究向Cronin解释了制备氧化钼纳米轮的配方顺序。“当我第一次制作这些东西时，我把三种东西混合在一个罐子里，”他说。但结果似乎取决于添加成分的顺序。“如果我先将酸添加到钼酸盐中，然后再添加还原剂，它会非常快地起作用，”Cronin说，他的比勒费尔德同事已经证实了这一点。但是，首先添加还原剂或电子供体会导致纳米轮在更长的时间内形成。根据这项新研究，似乎长期以来已知仅由酸和钼酸盐形成的模板簇促进了较大轮子的生长。*
莱斯大学化学家Kenton Whitmire在《Science》杂志上为这项研究撰写了评论，他说轮状分子因多种原因而有趣。首先，它们的孔或孔隙可以用来对其他分子执行尺寸或形状排阻功能——具有某些物理性质的分子会结合到它们的孔隙中，而其他分子则不会。但对于许多这样的环状结构，中心必须手动制造、引入，然后在完成其工作后强制弹出。“这篇论文的可爱之处在于该系统创建了自己的模板，”Whitmire说。
模板和周围的纳米轮都带负电，但由于中间层存在平衡正钠离子，它们能够阻止相互排斥。然而，随着添加更多的电子并且反应继续进行，排斥似乎变得不可避免。“随着它继续被还原，电荷迫使内部分子出来，”Whitmire说。“它们不再兼容。”
Cronin说，阻止分子在自组装过程中揭示其形成过程，甚至可能为设计新型结构指明方向。“这类工作将开始让我们能够接触到很多问题，”他说。“我认为未来几年将非常有趣，因为我们可能真的能够开始在纳米尺度上控制事物，而不是偶然发现它们。”
*注（2010年1月4日）：本段已在发布后为确保准确性而修改。