Японські хіміки під керівництвом Макото Фудзіти з Університету Токіо синтезували методом самозбірки багатогранник рекордної складності, який раніше не зустрічався ні в природних, ні в штучних об'єктах. Мимовільний процес призвів до складання геометричної фігури - аналога багатогранника Голдберга, що складається з 144 малих молекул, які об'єднані в квадрати і трикутники. Серед можливих застосувань матеріалу називається адресна доставка ліків, укладених у порожнині об'єкта. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє редакційний матеріал журналу.
Самозбірка - мимовільний процес, під час якого відбувається впорядкування частинок і організація їх у симетричні об'єкти. Завдяки цьому білкові оболонки багатьох вірусів - капсиди - мають правильні геометричні форми (наприклад, ікосаедричні «головки» бактеріофагів). Самоорганізація, порівняно з методами покрокового нарощування каркасів, дозволяє набагато швидше отримувати досить складні конструкції.
Серед традиційних об'єктів самозбірки - правильні і напівправильні багатогранники. У найпростішому випадку для того, щоб забезпечити умови для самозбірки, потрібно підібрати компоненти, які будуть грати роль вершин і ребер багатогранників. Хімічні взаємодії змушують компоненти поступово злипатися, а прагнення отримати якомога меншу потенційну енергію структури запускає перебудову скелета і робить його симетричним.
Група Макото Фудзіти використовує стратегію складання, в якій роль вершин виконують атоми паладію, а ребра являють собою вигнуті органічні молекули, здатні зв'язуватися двома своїми кінцями з металом. З її допомогою хіміки вже синтезували октаедри (Pd6L12), кубоктаедри (Pd12L24), ромбокубоктаедри (Pd24L48) та ікосодекаедри (Pd30L60). У новій роботі вчені намагалися отримати ромбоїкосодекаедр (Pd L120), що складається з 12 правильних п'ятикутників, 30 квадратів і 20 трикутників.
Хіміки домоглися умов, в яких паладій дуже повільно взаємодіяв з селенорганічними лігандами - час зростання кристалів досягав двох місяців. Однак рентгеноструктурний аналіз отриманих матеріалів показав, що замість ромбоїкосодекаедра утворилися багатогранники, що складаються з восьми трикутників і 24 квадратів (Pd30L60). Їх симетрія і топологія нагадує собою багатогранники Голдберга, що складаються з рівно 12 правильних п'ятикутників і мінливого числа правильних шестикутників, за винятком того, що в кожній вершині сходяться не три, а чотири ребра.
Теоретичне моделювання показало, що в ряду багатогранників Голдберга з трикутників і квадратів більшою стійкістю повинна володіти більша конструкція з 48 вершин і 96 ребер. Вчені за допомогою рентгенівських методів відібрали кристали, характеристики яких не були схожі на Pd30L60 і підтвердили, що серед каркасів були і Pd48L96. Хіміки відзначають, що розшифровка картин рентгенівського розсіювання для таких великих каркасів ускладнена - через великий обсяг порожнин ці структури більше нагадують кристали білків.
Ще одним поширеним підходом до самозбирання різних структур є техніка ДНК-орігамі. Вона заснована на підборі коротких комплементарних ланцюжків, здатних склеювати в потрібних місцях великі молекули ДНК. Нещодавно за допомогою цієї техніки хіміки відтворили картину Ван Гога «Зоряна ніч». Також ми повідомляли про те, хіміки з Університету Тунцзі (Шанхай), синтезували за допомогою традиційної самозбірки невеликих молекул фрактальну серветку Серпинського.