Исследователи Массачусетского технологического института и Университета Делавэра показали, что наночастицы можно собирать в кристаллические структуры с помощью гибких, а не жёстких молекулярных связок. Работа опубликована 2 ноября 2026 года в журнале Nature Materials. В экспериментах использовали золотые наночастицы, покрытые полимерными лигандами с положительно или отрицательно заряженными концами.

Результат предлагает другой способ управлять сборкой наночастиц. Ранее считалось, что связки должны сохранять заданное направление, иначе частицы будут соединяться беспорядочно или структура разрушится. Авторы показали, что деформируемая оболочка может сама определить, сколько соседей будет у частицы и как они расположатся.

Как гибкость задаёт число связей

Лиганды в этой работе изготовили из гибкого полимера PEG. Когда частицы сближались, противоположно заряженные концы притягивались, а полимерные цепи перегруппировывались вдоль поверхности контакта. Поэтому связки распределялись не равномерно по всей поверхности, а собирались в отдельных зонах. Это ограничивало число возможных соединений.

Так возникает эффективная валентность, то есть фактическое число связей частицы с соседями. Её определяет не только форма самой частицы. На результат влияют деформируемость полимерной оболочки, размер наночастиц и длина цепей. Эксперименты и компьютерное моделирование показали: чем гибче лиганды, тем ниже координационное число и тем менее плотной становится упаковка.

Представим условную конструкцию из одинаковых шариков. При жёстких соединителях каждый шарик стремится соприкоснуться с максимально возможным числом соседей, как в плотной упаковке. Если соединители могут сгибаться и собираться в местах контакта, часть направлений становится недоступной. Шарики соединяются с меньшим числом соседей, но образуют другую упорядоченную решётку. Это аналогия для объяснения механизма, а не отдельный эксперимент исследователей.

Меняя размер золотых наночастиц и длину полимерных цепей, учёные смогли управлять связями между частицами. Так они получили упорядоченные кристаллические структуры, которых ранее не наблюдали в таких системах. Их симметрия и плотность упаковки отличались от тех, которые ожидают для обычных сфер одинакового размера.

Авторы считают, что такой способ сборки может пригодиться для создания материалов в фотонике, химическом катализе, медицине и сельском хозяйстве. Однако функциональные свойства полученных структур ещё не проверяли. Кроме того, описанная система основана на золотых наночастицах. Дальнейшие эксперименты должны показать, работает ли этот подход с другими материалами частиц и сочетаниями лигандов.

Для специалистов, которые готовят научные статьи, эта работа наглядно показывает разницу между наблюдаемой структурой и доказанным применением: новые решётки уже получили экспериментально, а их практическую функциональность ещё предстоит установить.

Схема показывает, как гибкая полимерная оболочка золотых наночастиц задаёт число связей и структуру кристаллической решётки

Фото: Brett Sayles / Pexels