十年前，科學家注意到，當巴基球 - 足球形狀的碳分子 - 傾倒在某種類型的多層石墨烯(一種扁平的碳納米材料)上時，發(fā)生了一些非常奇怪的事情。布基球不是像硬木地板上的大理石那樣隨意滾動，而是自發(fā)地組裝成單個鏈條，延伸穿過石墨烯表面。

現(xiàn)在，布朗大學工程學院的研究人員已經(jīng)解釋了這種現(xiàn)象是如何起作用的，這種解釋可以為新型受控分子自組裝鋪平道路。在英國皇家學會會刊A上發(fā)表的一篇論文中，布朗團隊表明，石墨烯片中微小的帶電皺紋可以與表面上的分子相互作用，將這些分子沿著皺紋的路徑排列在電場中。

“我們展示的是皺紋可用于制造'分子拉鏈'，可以將分子保持在線性陣列的石墨烯表面上，”布朗分子和納米級研究所先進材料研究中心主任Kyung-Suk Kim說。創(chuàng)新和研究的資深作者。“這種線性排列是物理和化學人員真正想要的東西，因為它使分子更易于操作和研究。”

這篇新論文是Kim團隊早期研究的后續(xù)行動。在第一篇論文中，他們描述了如何從側(cè)面輕輕擠壓層狀石墨烯片使其以特殊方式變形。壓縮的石墨烯在表面形成尖尖的鋸齒狀皺紋，而不是形成像在墻上被碾壓的地毯中那樣的輕微傾斜的皺紋。Kim的研究表明，它們形成了，因為石墨烯晶格中的電子排列導致皺紋的曲率沿著銳線定位。皺紋也是電極化的，皺折峰帶有強負電荷，帶有帶正電荷的谷。

Kim和他的團隊認為沿著皺紋的電荷可能解釋了巴基球的奇怪行為，部分原因是在原始巴基球?qū)嶒炛惺褂玫亩鄬邮┑念愋褪荋OPG，一種石墨烯，當它產(chǎn)生時自然形成皺紋。但該團隊需要明確證明皺紋產(chǎn)生的電荷可能與石墨烯表面的外部分子相互作用。這就是研究人員在這篇新論文中能夠做到的。

他們使用密度泛函理論(一種電子如何在材料中排列的量子力學模型)進行分析，預測帶正電的皺折谷應該在其他電中性巴基球中產(chǎn)生電極化。這種極化應該使巴基球排成一排，每一個都以相同的方向相對于彼此并且間隔大約兩納米。

這些理論預測與原始布基球?qū)嶒灥慕Y(jié)果以及Kim和他的團隊最近報道的重復實驗非常吻合。理論與實驗之間的密切一致有助于確認石墨烯皺紋確實可用于指導分子自組裝，不僅可以用巴基球，還可以用于其他分子。

Kim表示，這種分子拉鏈能力可能具有許多潛在的應用，特別是在研究DNA和RNA等生物分子時。例如，如果DNA分子可以線性伸展，則可以更快速，更容易地對其進行測序。Kim和他的團隊目前正在努力研究這是否可行。

“這里有很多潛力可以利用它們產(chǎn)生的皺折和有趣的電氣特性，”金說。