材料科学：プログラム可能な折り畳みを通したエマルション液滴の自己集合
Nature 610, 7932 doi: 10.1038/s41586-022-05198-8
粒子の自己集合の分野では、全ての要素が異なる場合、ほぼ任意の構造を確実に構築できる。しかし、構成要素の種類が少ない系は、これまでエキゾチックな結晶の集合に限られていた。今回我々は、ダウンヒルフォールディングを誘導して特定の形状を形成するプログラム可能なDNA相互作用を用いた、コロイド液滴鎖の最小モデル系を提示する。液滴は実空間かつ実時間で観察され、折り畳みのルールが明らかになった。我々は、実験、シミュレーション、理論を組み合わせて、相互作用が開始される順序を制御することで折り畳みが誘導され、コロイドフォルダマー（colloidal foldamer）と我々が名付けた一意的な構造が得られることを示す。最高で13個の液滴からなる最も単純な交互配列（ABAB...）によって、二次元において11個のフォルダマー、三次元において1個のフォルダマーが得られた。液滴配列を最適化し、追加の粒子種を加えることによって、生成し得る619の二次元形状のうち半数以上が一意的にコード化された。少なくとも13個の液滴からなるフォルダマーは、穴を持つ開放構造を示し、多孔性の設計をもたらす。数値シミュレーションによって、フォルダマーがさらに相互作用して、二量体、リボン、モザイクなどの複雑な超コロイドアーキテクチャーを形成し得ることが示された。今回の結果は、ダイナミクスとは無関係であるため、有機分子からルービックスネークに至るまで、全ての長さスケールで階層的相互作用を示すポリマー材料に適用される。このツールボックスによって、大規模設計を短いポリマー配列にコード化することが可能になり、折り畳みが材料自己集合の最前線に位置付けられる。
