在納米金中，看見愛情

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人類總是渴望控制感。當這種欲求投射到物質，我們就會渴望控制它們的樣子和狀態。

納米，一種長度單位，1納米大約是頭髮直徑的六萬分之一，在這個級別控制物質的生長，聽起來是一種控制欲的極致了。

前一陣子，一個中國的團隊，成功實現了金納米材料的複雜結構製備與超結構組裝。簡單來說，就是把大小為髮絲直徑萬分之一的金粒子做成了特殊的形狀，還能把它們拼湊起來，如同擺弄一套極小的樂高積木。

他們為什麼要這樣做，怎麼做到的，做出來又有什麼用？這篇發表在《Science Advances》（Sci. Adv. 2017，3，e1701183）文章試圖回答下這三個問題。

? 為什麼？

起初，納米金受到重視，是因為人們發現這些微小的粒子能與生物蛋白結合，而且不影響生物活性。因為金元素很容易被檢測到，於是，標記有金納米顆粒的細胞、病毒或者其他生物大分子，如同一輛輛裝了GPS的車，一舉一動都在人們的監視之下。還有，癌細胞的檢測和定向治療，也會用到納米金的這種性質。

後來，隨著研究的展開，金納米材料逐步展現了其他神奇的能力。表面等離子共振就是其中一項。簡單來講，當一束光打在納米顆粒上，會返回一個光譜信號，就像是陽光照在鏡子上，你可以看到反射。然而，因為金顆粒表面的等離子體會與特定波長的光形成共振。因此，當光打到納米金上時，某些光波就會被吸收，在返回的光譜信號中將會出現一個缺口，如同六歲小孩的掉了顆門牙。通過對這個信號，能分析出顆粒的結構和周圍的環境信息。因此，納米金的這項能力可以用在高靈敏感測器中有著用武之地。

當然，要充分開發納米金種種神奇能力，需要很精確地控制它的微觀結構。事實上，人們在這方面也確實下了很多力氣。

然而，這些球、棒、立方體之類的未免太過簡單，不如來點厲害的。這就是北京大學團隊的工作重點，他們做了一種具有極其複雜結構的金納米材料——納米箭頭。

? 怎麼做？

如同把大象裝進冰箱，金納米箭頭的製備也分三步：（1）做出「種子」，（2）用「種子」長出單個納米箭頭顆粒，（3）將顆粒們組裝在一起。

想要做出納米箭頭，需要納米棒作為種子。如同掌勺的師傅，幾時翻炒，放多少鹽等等，都有固定的搭配，製備金的納米棒有一套成熟的工藝。使用氯金酸作為原料，通過化學反應不斷讓金顆粒析出，就可以得到特定尺寸的納米棒。

以納米棒作為種子，接下來合成納米箭頭。將納米棒浸泡在包含金離子的液體中，納米棒兩端和腰身有著不同的晶面，對金離子也有著不同的吸附能力，隨著反應進行，漸漸的就長成了箭頭的形狀。想像成一個懸浮在母體中的胚胎，這長成了手臂，那出現了腳趾；也像是一個腸胃特別良好的人，於是身體的某些部位會輕易地囤積下脂肪。

單個的納米顆粒的力量還不夠大，需要把它們團結在一起，接下來就要把這些納米箭頭組裝起來。說是組裝，萬萬不能靠著人力一點點批湊，如果真想這般，無異於去算計那恆河沙數，自尋煩惱。

學者們採用的方式叫做「溶液揮發自組裝」。將飽含有納米箭頭的溶液加熱，把水分蒸干。這個過程中，失去了溶液的保護與平衡，在如此小的尺度上，納米顆粒們彼此堆聚似乎是某種天生的追求。這都源於自然界的基本法則之一——降低自由能。顆粒們相互團結，不斷尋求自由能的最小化，向著整體最穩定的方向聚集，如同南極漫漫冬夜中扎堆取暖的企鵝。

至於他們以何種的方式聚合，就看緣分了。 可以是箭頭的某個面相互靠攏，也可以顆粒的腰身彼此連接。每種聚合都有不一樣的功能與韻味。但是巧妙之處在於，通過這看似質樸甚至有些簡陋的方法，所得到的組裝體居然可以成為一種超晶體。所謂超晶體，就是物質在納米層面有規律地層層疊起來，如同厚重的煎餅果子，一層雞蛋，一層果子，一層雞蛋，再一層果子，如此反覆，富有規律。

? 有什麼用？

當數量達到足夠，事物就會發生質的轉變，如同核裂變，數目超過臨界，就會發生令人瞠目的爆裂。

當無數個納米小顆粒組裝在一起時，也會發生有趣的事情。

當這些顆粒聚集在一起時，它們的電子諧振由於電磁相互作用而耦合在一起，將大部分的電磁場能量局限在狹小納米空間中。情況可以大體想像為小學生們的大課間，本來孩子們三五一群，各自遊戲，每個人都張牙舞爪，忽然大喇叭放出「時代在召喚」，於是小朋友們趕緊排成橫平豎直的隊列，整齊劃一地伸展操練。納米顆粒本身自有一套電子振動的方式，各玩各的，然而當它們規則排列後，電磁作用如同廣播體操的口令一樣，讓散漫的人群，變化出規整的力量。這種由結構周期變化而帶來的能量起伏，在特定的電子器件中有著重大的應用。

規律總會帶來一種特別的能力，物質放棄了自身的屬性，而在集體中實現某種升華，在人類社會中我們管這叫做「集中力量辦大事」。

到這裡，這篇論文的故事就講得差不多了。在但後面還留下了很大的研究空間。

電場、磁場、光學，這些物理性質在更深的層面上往往相互糾聯，沒可能僅僅電場改變，其他的屬性卻無動於衷。關於這些方面的研究，似乎留下了不小的懸念，仍然值得期待。

至於文章的標題，來自於下面這個gif，描述了納米金顆粒的組裝過程：

在這兩個納米金中，彷彿看到了愛情。