التجميع الذاتي الجزيئي
التجميع الذاتي الجزيئي هو عبارة عن عمليةً تكتسب الجزيئات بواسطتها ترتيباً معيناً محدداً بدون أي إرشادٍ أو ترتيبٍ من مصدرٍ خارجيٍ. ويوجد هناك نوعين من التجميع الذاتي باللغة الانجليزية self-assembly، وهما تجميع ذاتي ضمن جزيئي باللغة الانجليزية intramolecular وتجميع ذاتي بين جزيئي باللغة الانجليزية intermolecular. وفي الغالب ما يشير مصطلح التجميع الذاتي الجزيئي إلى التجميع الذاتي بين الجزيئي، في وقت كثيراً ما يستعمل مصطلح التجميع الذاتي ضمن الجزيئي للإشارة إلى عملية الطيّ folding.
أنظمة الجزيئات الضخمة
تمثل عملية التجميع الذاتي الجزيئي فكرةً رئيسيةً في مجال كيمياء الجزيئات الضخمة حيث أن تجمع الجزيئات يتم توجيهه بواسطة التأثيرات المتبادلة غير التساهمية (على سبيل المثال الروابط الهيدروجينية، التساند الفلزي، التأثير الكاره للماء، قوى فان دير فالس، تأثيرات π-π (باي باي) المتبادلة، و/ أو التأثيرات الكهربائية الساكنة المتبادلة) بالإضافة إلى التفاعلات الكهرومغناطيسية. وتتضمن بعضا الأمثلة الشائعة تشكيل مذيلات (micelle)، الحويصلات، مراحل الكريستال السائل، وطبقات لانغومر الأحادية بواسطة الجزيئات ذات الفعالية السطحية. هذا وتوضح المزيد من أمثلة عمليات تجميع الجزيئات الضخمة أنه يمكن الحصول على تنوعٍ من الأشكال والأحجام المختلفة إثر استعمال عملية التجميع الذاتي الجزيئي.
هذا وسمح التجميع الذاتي الجزيئي بتكوين العديد من الهيكليات الجزيئية التي يصعب الحصول عليها. ومن الأمثلة على ذلك حلقات بوروميان (باللغة الإنجليزية: Borromean ring)، وهي حلقات متداخلة والتي لو تم إزالة حلقةٍ منها من الداخل تسفر عن فتح باقي الحلقات. هذا وقد استعمل الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين لإعداد وتجهيز مشابهات من حلقات بوروميان. وحديثاً تم تجهيز بناءً مماثلاً باستعمال الكتل البنيوية غير الحيوية.
الأنظمة الحيوية
حيث يلعب التجميع الذاتي الجزيئي دوراً حيوياً لوظيفة الخلايا. فهو يظهر في عملية التجميع الذاتي للدهنيات (الليبيدات) وذلك لتشكيل غشاء الخلية، ولتكوين اللولب المزدوجللحامض النووي بواسطة روابط هيدروجينية للشرائط المفردة، وتجميع البروينات لتشكيل بنى رابعية باللغة الانجليزية quaternary structure. وهنا نلاحظ أن التجميع الذاتي الجزيئي للبروتينات المطوية بطريقةٍ غير صحيحةٍ إلى ألياف نشوانية غير منحلة هو المسؤول عن الأمراض البريونية العصبية التنكسية المعدية.
تقانة الصغائر
بنية الحمض النووي على اليسار (تفصيلية توضيحية) ستتجمع ذاتياً إلى تلك البنية الموضحة باستعمال مجهر الطاقة الذرية على اليمين. الصورة من سترونغ.
يمثل التجميع الذاتي الجزيئي سمةً هامةً لطرق أسفل – أعلى في تقانة الصغائر. فباستعمال التجميع الذاتي الجزيئي فإن البنية النهائية (المرغوبة) يتم برمجتها في الشكل والمجموعات الوظيفية للجزيئات. ويُشار إلى التجميع الذاتي على أنه تقنية التصنيع "من أسفل إلى أعلى"، وذلك على النقيض مع تقنية التصنيع "من أعلى إلى أسفل" والتي منها على سبيل المثال الطباعة الحجرية، حيث تُنْحَت البنية النهائية المرغوبة من كتلةٍ أكبر من المادة. وفي ضوء الرؤية التوقعية للتقانة النانوية الجزيئية، ستصنع الدارات المتكاملة microchips في المستقبل بواسطة عملية التجميع الذاتي الجزيئي. ومن مزايا استعمال عملية التجميع الذاتي الجزيئي للمواد الحيوية في تشكيل وتكوين الهياكل النانوية هي أنها ستتراجع إلى جزيئاتٍ مفردةٍ والتي يستطيع الجسم تكسيرها.
تقانة الحمض النووي النانوية
مقالة مفصلة: تقانة دنا نانوية
تمثل تقانة الدنا النانوية مجالاً من مجالات البحث الحالي والتي تستعمل أسلوب التجميع الذاتي من أسفل إلى أعلى، من أجل تحقيق أهداف في التقانة النانوية. مما يجعل تقنية الدنا النانوية تستعمل أسلوب خصائص التعرف الجزيئي (باللغة الإنجليزية: molecular recognition) للحمض النووي دنا والأحماض النووية الأخرى بهدف إنتاج مركبات دانوية (حمضية نووية) متفرعة تجميعية ذاتية ذات خصائصٍ مفيدةٍ. حيث يستعمل الدنا كمادةٍ بنائيةٍ بدلاً من كونها حاملاً للمعلومات الحيوية، بهدف تكوين هياكلٍ مثل الشباك الدورية ثنائية الأبعاد (بالإضافة إلى استعمال طريقة أوريغامي الحمض النووي DNA origami) وكذلك هياكلٍ ثلاثية الأبعاد ذات أشكال متعددة الأوجه. كما استعملت تركيبات الحامض النووي تلك لقولبة تجميع الجزيئات الأخرى ومنها الجسيمات النانوية الذهبية (باللغة الإنجليزية: Colloidal gold) وبروتينات الستريبتافيدين.
الطبقات الأحادية ثنائية الأبعاد
مقالة مفصلة: طبقة أحادية
في الغالب ما يُشار إلى التجميع التلقائي للطبقة الواحدة من الجزيئات (مثال ذلك سماكة طبقة أحادية ) في الواجهات التفاعلية على أنه تجميعاً ذاتياً ثنائي الأبعاد. حيث جاءت الأدلة والبراهين المباشرة الأولى، والتي تُظْهِرُ أن الجزيئات لها القدرة على التجميع في داخل المعماريات عالية الترتيب على واجهات التفاعل الصلبة، مع تطويرمطيافية المسح النفقي وبعدها بقليلٍ. وفي النهاية أصبح هناك طريقتان هم الأكثر شيوعاً في عملية التجميع الذاتي للمعماريات والهياكل ثنائية الأبعاد، وهما "التجميع الذاتي إثر الترسيب تحت التفريغ العالي" و"التحمية والتجميع الذاتي على واجهة التفاعل الصلبة". مما جعل تصميم الجزيئات والشروط المؤدية إلى تشكيل هياكلٍ أو معمارياتٍ عالية البلورية أحد أنماط الهندسة البلورية (باللغة الإنجليزية: crystal engineering) ثنائية الأبعاد على المستوى النانوي.
\
المراجع
areq.net
التصانيف
تنظيم ذاتي كيمياء الجزيئات الضخمة العلوم التطبيقية