新的大型图书馆方法被证明对新材料的快速发现是有用的
工具比传统的筛选方法快几千倍
新材料的发现定义了不同的文明时代，因为新材料驱动新能力。然而，为某一特定应用确定最佳材料——催化剂、采光结构、生物诊断标签、药物和电子设备——传统上是一项缓慢而艰巨的任务。选择几乎是无限的，特别是在纳米尺度(纳米是十亿分之一米)，材料的性质——光学、结构、电子、机械和化学——可以显著改变，即使是在固定的成分下。
本周发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的一项新研究支持了西北大学(Northwestern University)开发的一种可能具有革命性的新工具的有效性，该工具可以快速测试数百万(甚至数十亿)纳米颗粒，以确定特定用途的最佳纳米颗粒。西北大学的查德·a·米尔金(Chad a . Mirkin)是这项研究的通讯作者，也是纳米技术研究及其应用领域的全球领导者。“这项研究提供了概念证明——这种强大的发现科学方法是有效的。”
这种新型工具以一种非常可控的方式利用了纳米粒子的组合文库或巨图书馆。(组合库是在表面特定位置编码的系统不同结构的集合)。这些文库是使用Mirkin的聚合物笔光刻(PPL)技术创建的，该技术依赖于带有成千上万个金字塔形尖端的阵列(数据元素集)，将不同尺寸和成分的聚合物“点”沉积在表面上，每个“点”都装载着不同的感兴趣的金属盐。一旦加热，这些点就会被还原成金属原子，形成单一的纳米颗粒，其组成和大小都是固定的。
“通过缩小规模，我们在高通量材料发现方面创造了两个优势，”温伯格艺术与科学学院(Weinberg College of Arts and Sciences)乔治·b·拉斯曼(George B. Rathmann)化学教授米尔金(Mirkin)说。麦考密克工程学院化学与生物工程、生物医学工程与材料科学与工程教授;他还是西北大学国际纳米技术研究所(IIN)的执行主任。“首先，我们可以将数以百万计的功能打包到平方厘米的区域中，从而创建出迄今为止最大、最复杂的库。”其次，通过在小于100纳米的尺度下工作，大小可以成为一个库参数，例如，在催化领域中的许多作用都在这个尺度上。
这项新研究是西北大学的IIN和美国空军研究实验室合作进行的，该实验室是位于西北大学的美国空军先进生物可记录纳米材料卓越中心的一部分。团队利用megalibrary和原位拉曼spectroscopy-based筛查技术称为战神™识别Au3Cu(gold-copper组成)作为一种新型催化剂合成单壁碳纳米管。(ARES由美国空军研究实验室材料与制造董事会柔性材料与工艺研究小组组长丸山本基(Benji Maruyama)和空军研究实验室和价值系统公司研究科学家拉奥(Rahul Rao)共同开发。)
碳纳米管是一种轻质、柔韧、比钢强的分子，用于许多塑料材料的储能、给药和性能增强添加剂。整个筛选过程只用了不到一周的时间，比传统的筛选方法快了数千倍。
研究合著者丸山说:“我们能够迅速找到一种最优的成分，这种成分能产生比传统方法快得多的最高纳米管。”“这些发现表明，我们可能拥有最终的发现工具——在材料发现领域，这可能会改变游戏规则。”
