Itsekokoontuminen

Itsekokoontuminen (self-assembly) on prosessi, jossa hajallaan olevat komponentit järjestäytyvät itsestään organisoiduksi rakenteeksi ilman ulkoista ohjausta. Tällainen järjestäytyminen tapahtuu usein siten, että järjestelmän vapaa energia pienenee ja syntyy vakaampi kokonaisuus kuin yksittäiset osat.

Mekanismit ja voimat: Itsekokoontuminen perustuu vuorovaikutuksiin kuten elektrostatia, vetysidokset, van der Waals -voimat sekä hydrofobisuus. DNA-pohjaiset ohjelmoinnit voivat määritellä, miten osat tarttuvat toisiinsa. Amfifiliset molekyylit voivat muodostaa vesiliuoksessa micelleja, liposomeja ja muita järjestäytyneitä rakenteita. Blokkikopolymerien muodostamat rakenteet sekä nanopartikkeleista koottu järjestäytyminen voivat myös tapahtua. Kinetiikka ja ulkoiset kentät sekä templaatit vaikuttavat lopulliseen geometriaan ja laatuun.

Esimerkkejä itsekokoontuvista rakenteista ovat lipidikalvot ja micellit, blokkikopolymeerirakenteet sekä DNA origami ja proteiineista sekä nanopartikkeleista muodostuvat itsekoontuvat kompleksit.

Sovellukset: Itsekokoontumista hyödynnetään materiaalitieteessä, nanoteknologiassa, lääketieteessä, biosensoroinnissa ja fotoniikassa sekä erilaisten nanomateriaalien suunnittelussa.

Rajat ja haasteet: Itsekokoontuminen eroaa usein itseorganisaatiosta, jossa dynaaminen, ei-tasapainotilaisten rakenteiden muodostuminen on keskeistä. Itsekokoontumisen tavoitteena on kuitenkin toistettava, määritelty rakenne, ja käytännössä virheet sekä epäjatkuvuudet pyritään minimoimaan suunnittelulla ja kontrolloinnilla.

Lisätietoja: katso myös itsekokoontuminen (self-assembly), supramolekulaarinen kemia ja DNA-nanoteknologia.