כימיה בחללים ננומטריים
מערכות ביולוגיות עוררו השראה בקרב דורות של כימאים, בשל היכולת שלהן לייצב מולקולות ריאקטיביות, לזרז תגובות כימיות באופן סלקטיבי ולבנות מולקולות מורכבות וננו-מבנים אי-אורגניים. בניגוד לאופן שבו כימאים מבצעים בדרך כלל תהליכים כימיים, בתוך כלים שניתן לאחוז ביד או לראות בעין, במערכות ביולוגיות מתרחשים תהליכים כאלו בחללים קטנים מאוד, שגודלם ננומטרים בודדים. במסגרת המחקר, הנערך במעבדתנו, אנו חוקרים את התנהגותם של צורונים כימיים, הכלואים בתוך חללים ננומטריים מוגדרים. לשם כך, אנו מסנתזים מולקולות וחומרים, היוצרים חללים ננומטריים כאלו, וכוללים, בין השאר, את המערכות הבאות, חללים בתוך כלובי קואורדינציה (coordination cages), פני שטח של ננוחלקיקים קולואידים, וחללים בתוך חומרים נקבוביים, כגון רשתות של מולקולות ארומטיות. בנוסף לכך, אנו מפתחים משפחות חדשות של חומרים סינתטיים נקבוביים בעלי חללים ננומטריים, כגון החומרים הבאים: גבישים קולואידים בעלי יכולת להתארגנות עצמית הפיכה, היוצרים כלי-קיבול ננומטריים בעלי מבנה דינמי (“dynamic nanoflasks”), ננוחלקיקים מתכתיים בעלי צורת קערה, וסריגי-על של ננוחלקיקים, הארוזים במבנה מרווח (לא-צפוף).
המחקר הנערך במעבדתנו הוא אמנם מחקר יסודי בעיקרו, אך במקביל אנו שוקדים על פיתוחים טכנולוגיים המתבססים על תגליותינו, כגון גבישים פוטוניים, חקר של קיפול חלבונים בתוך חללים דמויי חלבון סוכך (chaperone protein), וסינתזה מבוקרת של פולימרים בכלים ננומטריים בעלי צורה וגודל מוגדרים ונשלטים.
אנו מאמינים שיש בכוחו של המחקר הבסיסי, העוסק בכימיה בחללים ננומטריים, לשנות את האופן שבו כימאים מבצעים תגובות כימיות, ולסלול את הדרך לתגליות של תופעות חדשות ומבנים יחודיים.
פרסומים נבחרים
- Angela B. Grommet, Moran Feller, Rafal Klajn, Chemical reactivity under nanoconfinement, Nat. Nanotech. 2020, 15, 256–271.
- Hui Zhao, Soumyo Sen, T. Udayabhaskararao, Michał Sawczyk, Kristina Kučanda, Debasish Manna, Pintu K. Kundu, Ji-Woong Lee, Petr Král, Rafal Klajn, Reversible occlusion and reaction acceleration within dynamically self-assembling nanoflasks, Nat. Nanotech. 2016, 11, 82–88.
- Zonglin Chu, Yanxiao Han, Tong Bian, Soumen De, Petr Král, Rafal Klajn, Supramolecular control of azobenzene switching on nanoparticles, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 1949–1960.
- Dipak Samanta, Julius Gemen, Zonglin Chu, Yael Diskin-Posner, Linda J. W. Shimon, Rafal Klajn, Reversible photoswitching of encapsulated azobenzenes in water, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2018, 115, 9379–9384.
- Dipak Samanta, Daria Galaktionova, Julius Gemen, Linda J. W. Shimon, Yael Diskin-Posner, Liat Avram, Petr Král, Rafal Klajn, Reversible chromism of spiropyran in the cavity of a flexible coordination cage, Nat. Commun. 2018, 9, 641.