Real-time pathways of hierarchical self-assembly in artificial light-harvesting nanotubes
Hoe kleurstofmoleculen spontaan organiseren tot nanostructuren
De natuur heeft de kunst van zelfassemblage geperfectioneerd, waarin ongeordende individuele componenten spontaan organiseren tot geordende structuren. Een belangrijk voorbeeld is de lichtoogstende antennes (chlorosomen) in groene zwavelstofbacteriën, die zonlicht absorberen en efficiënt energie transporteren voor fotosynthese. In zijn proefschrift onderzoekt Sundar Krishnaswamy hoe individuele kleurstofmoleculen (gelabeld C8S3) spontaan organiseren tot dubbelwandige cilindrische nanostructuren bij toevoeging van water, structuren die herinneren aan chlorosomen in groene zwavelstofbacteriën.
Krishnaswamy begint met het onderzoeken hoe de buitenste nanobuis zich hervormt na selectieve oplossing, en breidt deze inzichten uit naar het volledige zelfassemblageproces. Hij onderzoekt tenslotte hoe gastmoleculen de zelfassemblage-dynamica en de resulterende dubbelwandige structuur beïnvloeden.
Krishnaswamy gebruikt een microfluïdisch systeem waarin reactanten worden gemengd, waardoor nauwkeurige timing wordt vastgesteld: de mixer markeert "tijd nul," en terwijl het monster stroomafwaarts stroomt, verloopt zelfassemblage ruimtelijk. Door op verschillende posities in de stromingscel te bemonsteren, legt Krishnaswamy momentopnamen van assemblage vast bij bekende tijdsintervallen, waardoor real-time observatie mogelijk. Hij combineert optische spectroscopie en elektronen-/optische microscopie om het volledige beeld te onthullen. De eerste bepaalt de moleculaire structuur door te bestuderen hoe moleculen licht absorberen en uitzenden, terwijl de laatste fysieke kenmerken diameter en lengte visualiseert. Samen onthullen deze methoden de moleculaire details als de macroscopische organisatie tijdens zelfassemblage.
De resultaten vormen een raamwerk voor real-time monitoring van zelfassemblage. Dit inzicht in hoe moleculen gezamenlijk complexe architecturen van onderaf opbouwen, levert fundamentele inzichten in zelforganiserende systemen op. Dergelijke kennis heeft brede implicaties voor nanotechnologie, materiaalkunde, en ons begrip van hoe de natuur verfijnde moleculaire systemen construeert.
Sundar Krishnaswamy voerde zijn onderzoek uit bij het Zernike Institute for Advanced Materials, afdeling Optische Fysica van de Gecondenseerde Materie, met financiering van NWO. Hij vervolgt zijn loopbaan als postdoc bij deze universiteit.