“团队发现晶体生长时间间的多晶型选择可以是热力学驱动的”

技术越来越小——这是个好消息。

用非常小的粒子制造具有光学、电学、机械性能的材料的能力可能有很深的应用。 例如，用dna接枝的微粒可以用于医学上以更好的检测、成像和治疗。 更好地了解这些材料的行为习惯可以实现精密医学的承诺、其他应用。

关于如何最好地指导这些微材料的制造，还有很多需要学习的地方。 dna功能化后的微尺寸粒子的自组装过程会变化为结晶，即原子和分子被称为结晶的高度结构化的形式。 结晶从成核-原子或分子在微观尺度上凝聚的过程开始。 如果团簇稳定且足够大，则有可能发生晶体生长。 原子和化合物可以形成一般称为多晶型的多个晶体结构。 在结晶的初期阶段明确粒子的排列。

哈伊大学化学与生物分子工程学教授jeetain mittal介绍说，在结晶过程中，涉及多晶现象潜力的结构转换一般由动力学效应或成核速度引起，预测结晶时可以关注的结构。 。 这与经典的成核理论一致。

目前，米塔尔和他的团队说明，动力学效应可能无法完全解释所有多态性情况下的结构转换。 表面热力学—与微晶大小相关，而不是速度—对于驱动晶体结构之间的转换至关重要。 这个团队在晶体生长的过程中发现了从正方形向六角形晶格结构转换的新途径。 这是由热力学驱动的。

据mittal介绍，在一些以前的系统中，呈现结构多晶现象的微晶已经起因于与成核速度相关的动力学效应。 在他们的工作中，米塔尔及其合作者提供了可靠的计算，表明结构转换完全是热力学的，与动力学论证相反，从理论和计算的角度来看。 另外，在采用表示dna功能化粒子的粗粒度模型的更详细的建模系统中，同样的结构转变备受瞩目。 这是证明这种结构转换更通用，同时可以连接到更现实的系统的有力证据。

现任lehigh博士生和这篇论文的共同作者runfang mao先生说，了解结晶过程对控制和预测生成的结构尤为重要。 虽然在很多情况下是有用的，但是经典的成核理论被认为在多个系统中是无效的。 说明了这种尺寸依赖的结构转换只是其中的一个例外，是由有限尺寸微晶的热力学性质驱动的。 知识，这种依赖尺度的结构变革在文献的其他地方没有被明确证明。

他们的发现今天发表在了science advances拷贝胶体晶体中尺寸相关的热力学结构选择上。 除米塔尔和毛泽东外，作者还包括evan pretti、hasan zerze、minseok song和yajun ding-- lehigh的pc rossin工程与应用科学学院的所有现任或前任学生。

米塔尔和他的团队研究了胶体相互作用时，胶体和dna束与其表面连接的特定混合物是如何结晶成二维晶格的。 正如pretti所解释的，晶体起源于生长凝聚的小粒子团簇，在一定条件下可以从一种晶体结构开始，随着时间的推移变化为另一种晶体结构。

pretti说，我们的系统发现，这些变换可以基于不同结构的相对热力学稳定性是如何受到微晶大小的影响进行解释。 特别是在足够小的微晶中，表面热力学变得重要，影响结构，在自组织过程中引起意识的转变。

据mittal称，这些dna功能化系统在胶体组装行业尤为引人注目。 因为采用不同种类的粒子和dna序列提供了很大的灵活性和多样的可能性。 但是，他们的结果并不限于这样的系统，更能理解其他类型的结晶过程是如何从事和控制的。

这个团队采用了标准的分子动力学模拟，开始了解他们的系统行为。 为了说明他们看到的转变是热力学起源，他们用现有的方法计算周期性晶体固体的相对热力学稳定性，然后将其改造分解出有限尺寸的微晶。

米塔尔说:“我们已经明确了可逆的结构转换，只能用有限大小的晶体本身的热力学来说明。 我们的工作可以提供一种调查和解释dna功能化粒子系统转换的新方法，也可以解释其他种类的晶体。

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