Самосборка молекул в сложные функциональные единицы почти повсеместно встречается в живой природе. Число таких процессов, реализованных в технологии нанокристаллов, также растет, хотя этот подход все еще находится на довольно примитивном уровне. Нанокристаллы уступают по сложности и функциональности биомономерам {Прим. ред.: ... но не будем переживать по этому поводу, это столь разные вещи!}, а процесс сборки сложных структур отличается достаточно плохим качеством.
На процесс формирования упорядоченных структур влияют многие факторы (Ван-дер-Ваасьсовы, кулоновские, поверхностные, капиллярные и магнитные силы), что делает его чрезвычайно чувствительным к подбору оптимальных условий. Как правило, определяющими являются свойства "мономеров" (размер, форма частиц, их лиофильные и электростатические свойства) и растворителей, в которых происходит контролируемая агрегация наночастиц.
Процесс самосборки должен быть высокоселективен. Для этого на поверхности частиц кодируется "информация" о сборке. Затем с помощью различных функциональных групп, привитых на поверхность, становиться возможным изменять характер взаимодействия между наночастицами. Для связывания частиц используются различные бифункциональные "линкеры" или комплиментарные молекулярные пары "ключ-замок". После образования цепей происходит их самоагрегация в макроструктуры под действием электростатических и других сил.
И, тем не менее, в синтезе таких структур остается еще немало нерешенных проблем. Основными являются сложность синтеза исходных нанокристаллов с заданной морфологией и распределением по размеру, а также селективность их сшивки, немаловажной является и проблема очистки целевой структуры от исходных "мономеров" и "олигомеров" без ее разрушения. Все это накладывает серьезные ограничения на качество, воспроизводимость и максимальный размер структуры.
Совсем недавно в данной области появилось новое направление - синтез упорядоченных структур из разветвленных нанокристаллов (тетраподов и октаподов). Он состоит из двух основных стадий: сначала нанокристаллы формируют линейные цепи, а они затем самоорганизуются в трехмерные структуры (при упаривании растворителя или при сушке). Примечательно, что свойства данных структур определяются формой нанокристаллов. Однако, по сравнению с обычными кристаллами, сборка разветвленных частиц имеет ряд сложностей. Во-первых, до недавнего времени не было возможности синтезировать монодисперсные по размеру наночастицы, сохраняющие стабильность в растворе. На данный момент эта проблема решена для составных кристаллов с ядром из CdSe и 8 "ножками" из CdS, растворенных в неполярных или малополярных апротонных растворителях, таких как толуол и хлороформ. Вторая проблема - это сложная форма нанокристаллов, которая ограничивает их подвижность в растворе и может приводить к образованию вредных аморфных прослоек, которые нарушают процесс кристаллизации. С другой стороны, форма частиц уже "несет в себе" информацию о сборке, которую просто необходимо реализовать в подходящих условиях. В ходе многочисленных экспериментов было выявлено, что при добавлении ацетонитрила происходит коагуляция частиц как в толуоле, так и в хлороформе.
Синтез описанных структур является интересным шажком на пути к созданию новых материалов, в частности, для для солнечной энергетики и электроники.
