Sự tự lắp ráp – Cách SAXS / WAXS giúp nghiên cứu các dải ruy-băng nano dẻo dai được hình thành với amphiphile aramid như thế nào

Sự tự lắp ráp theo thứ bậc từ các phân tử nhỏ là một phương pháp đã được thử nghiệm và kiểm tra để tạo ra các vật liệu có cấu trúc nano. Tuy nhiên, động lực nội tại và khả năng phân hủy (sinh học) của những vật liệu này hạn chế việc ứng dụng chúng làm vật liệu sinh học. Đối với nhiều ứng dụng khác, sự thiếu ổn định sẽ hạn chế tính phù hợp của chúng. Trong một công bố gần đây trên tạp chí Nature Nanotechnology, các nhà khoa học từ Viện Công nghệ Massachusetts đã sử dụng những lợi thế của việc tự lắp ráp trong khi ngăn chặn các vấn đề bất ổn bằng cách sử dụng amphiphiles aramid [1]. Các amphiphile này trải qua quá trình tự lắp ráp tức thời trong nước để tạo thành các cấu trúc có tỷ lệ mặt cao. Các dải ruy-băng nano được hình thành về bản chất có khả năng chống lại sự thủy phân bởi vì các liên kết hydro, vốn tạo thành từ cấu trúc tự lắp ráp, bị ẩn trong phần bên trong kỵ nước.

Với cách tiếp cận đã được phát triển, các nhà khoa học từ MIT đã chế tạo ra bó ruy-băng nano khô như một minh chứng đầu tiên về khả năng tổng hợp vật liệu ở trạng thái rắn. Sợi dẻo bị sấy được sản xuất theo hai bước. Đầu tiên, một chiều của gel được tạo ra bằng cách ủ các dải ruy-băng trong nước và kéo huyền phù thu được qua dung dịch muối. Trong bước thứ hai, gel được làm khô, dẫn đến sự hình thành một sợi rộng 20 µm. Thiết bị Tán xạ tia X góc nhỏ và rộng (SAXS và WAXS) trong phòng thí nghiệm được sử dụng để khảo sát các sợi ruy-băng nano được căn chỉnh.

Các phép đo WAXS trên sợi (a) xác nhận rằng cấu trúc ruy-băng nano vẫn còn nguyên vẹn trong suốt quá trình hình thành và làm khô. Điều này được nhìn thấy rõ ràng nhất bởi sự hiện diện của các đỉnh theo hướng kinh tuyến tương ứng với khoảng cách giữa các phân tử và sự xếp chồng π-π của các phân tử aramid (b). Các đỉnh trong chế độ WAXS cho thấy liên kết hydro aramid giữa các phân tử chiếm ưu thế dọc theo trục dài của ruy-băng nano. Phóng to chế độ SAXS (c) cho thấy các đỉnh theo hướng xích đạo, các đỉnh cách đều này biểu thị khoảng cách 4,8 nm giữa các ruy-băng nano.

Ngoài đặc điểm của trạng thái khô cuối cùng của các ruy-băng nano, tán xạ tia X có thể được sử dụng để đánh giá nhanh cấu trúc tự lắp ráp trong dung dịch ở giai đoạn tổng hợp trước đó và bao gồm ở các nhiệt độ khác nhau bằng cách thăm dò đồng thời sự đóng gói phân tử có tổ chức (WAXS) và sắp xếp thứ bậc theo chiều dài (SAXS).

Nguyễn Tiến Dũng dịch.

Nguồn: Xenocs

Tìm hiểu thêm thiết bị tán xạ tia X góc nhỏ cho ứng dụng trên tại đây!

[1] Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature: Christoff-Tempesta, T., Cho, Y., Kim, D.-Y., Geri, M., Lamour, G., Lew, A. J., Zuo, X., Lindemann, W. R. & Ortony, J. H. Self-assembly of aramid amphiphiles into ultra-stable nanoribbons and aligned nanoribbon threads. Nat. Nanotechnol. 16, 447–454 (2021).  https://doi.org/10.1038/s41565-020-00840-w