خودارایی مولکولی

در علم شیمی و علم مواد، **خودآرایی مولکولی** فرآیندی است که در آن مولکول‌ها یک آرایش تعریف‌شده را بدون راهنمایی یا مدیریت از منبع خارجی اتخاذ می‌کنند. دو نوع خودآرایی وجود دارد: **بین مولکولی** و **درون مولکولی** . معمولاً اصطلاح *خودآرایی مولکولی* به اولی اشاره دارد، در حالی که دومی معمولاً *[[تاه (شیمی)|تاشو]]* نامیده می شود.
[بندانگشتی|تصویربرداری [میکروسکوپ نیروی اتمی بدون تماس|NC-AFM از فرآیند خودآرایی مولکولی مولکول های اسید 2-آمینوترفتالیک روی کلسیت (104). ]]
[بندانگشتی|تصویر [میکروسکوپ نیروی اتمی بدون تماس|AFM مولکول‌های نفتالن تترا کربوکسیلیک دی‌یمید روی   پیوند هیدروژنی در  برهم‌کنش می‌کنند.]]

## سیستم های فرا مولکولی
خودآرایی مولکولی یک مفهوم کلیدی در شیمی فرا مولکولی است. این به این دلیل است که تجمع مولکول‌ها در چنین سیستم‌هایی از طریق برهمکنش‌های غیرکووالانسی (مثلاً پیوند هیدروژنی ، هماهنگی فلز، نیروهای آبگریز ، نیروهای واندروالس ، برهم‌کنش‌های انباشته پی ، و/یا الکترواستاتیک) و همچنین برهمکنش‌های الکترومغناطیسی انجام می‌شود. نمونه‌های رایج شامل تشکیل کلوئیدها ، میعانات بیومولکولی ، میسل‌ها ، وزیکول‌ها ، فازهای کریستال مایع و تک‌لایه‌های لانگمویر توسط مولکول‌های سورفکتانت است.  نمونه‌های بیشتری از مجموعه‌های فوق مولکولی نشان می‌دهد که انواع اشکال و اندازه‌های مختلف را می‌توان با استفاده از خودآرایی مولکولی به‌دست آورد. 

خودآرایی مولکولی امکان ساخت توپولوژی های مولکولی چالش برانگیز را فراهم می کند. یک مثال حلقه های بورومین هستند، حلقه های به هم پیوسته که در آن حذف یک حلقه باعث باز شدن هر یک از حلقه های دیگر می شود. DNA برای تهیه یک آنالوگ مولکولی از حلقه های بورومین استفاده شده است.  اخیراً، ساختار مشابهی با استفاده از بلوک های ساختمانی غیر زیستی تهیه شده است. 

## سیستم های زیستی
خودآرایی مولکولی زیربنای ساخت مجموعه های ماکرومولکولی زیستی و میعانات زیست مولکولی در موجودات زنده است، و بنابراین برای عملکرد سلول ها بسیار مهم است. در خودآرایی لیپیدها برای تشکیل غشاء، تشکیل DNA مارپیچ دوگانه از طریق پیوند های هیدروژنی رشته‌های منفرد، و گردهم امدن پروتئین‌ها برای تشکیل ساختارهای چهارتایی به نمایش گذاشته می‌شود. خود ارایی مولکولی پروتئین های تا شده نادرست در الیاف آمیلوئید نامحلول مسئول بیماری های عصبی مرتبط با پریون عفونی است. خودآرایی مولکولی ساختارهای نانومقیاس نقشی قابل توجه در رشد ساختارهای بتا کراتین لاملا / ستا / اسپاتول  ایفا می‌کند که برای دادن توانایی بالا رفتن به دیوارها و چسبیدن به سقف‌ها و برآمدگی‌های صخره به گکوها استفاده می‌شود. 

### مولتیمرهای پروتئینی
هنگامی که چندین نسخه از یک پلی پپتید رمزگذاری شده توسط یک ژن برای تشکیل یک مجموعه، خودآرایی می شوند، این ساختار پروتئینی به عنوان "مولتیمر" نامیده می شود.  به نظر می رسد ژن هایی که پلی پپتیدهای سازنده مولتیمر را رمزگذاری می کنند رایج باشند. هنگامی که یک مولتیمر از پلی پپتیدهای تولید شده توسط دو الل جهش یافته متفاوت از یک ژن خاص تشکیل می شود، مولتیمر مخلوط ممکن است فعالیت عملکردی بیشتری نسبت به مولتیمرهای مخلوط نشده توسط هر یک از جهش یافته ها به صورت تنهایی از خود نشان دهد. در چنین حالتی از این پدیده به عنوان مکمل درون ژنی یاد می شود.  جهل خاطرنشان کرد که وقتی در یک مایع غوطه ور می شود و با مولکول های دیگر مخلوط می شود، نیروهای نوسان بار به نفع ارتباط مولکول های یکسان یعنی نزدیک ترین همسایگان است. 

## نانوتکنولوژی
بندانگشتی|نانوساختارهای DNA
خودآرایی مولکولی یک جنبه مهم از رویکردهای پایین به بالا در فناوری نانو است. با استفاده از خودآرایی مولکولی، ساختار نهایی (مطلوب) در شکل و گروه های عملکردی مولکول ها برنامه ریزی می شود. خود ارایی به عنوان یک تکنیک تولید «از پایین به بالا» نامیده می شود، در مقابل تکنیک «بالا به پایین» مانند لیتوگرافی که در آن ساختار نهایی مورد نظر از یک بلوک بزرگتر از ماده حک شده است. در دیدگاه گمانه‌زنی نانوتکنولوژی مولکولی ، ریزتراشه‌های آینده ممکن است با خودآرایی مولکولی ساخته شوند. مزیت ساخت نانوساختار با استفاده از خودآرایی مولکولی برای مواد زیستی این است که آنها دوباره به مولکول‌های منفرد تجزیه می‌شوند که می‌توانند توسط بدن تجزیه شوند.

## نانوتکنولوژی DNA
نانوتکنولوژی DNA حوزه ای از تحقیقات در جریان است که از رویکرد خودآرایی از پایین به بالا برای اهداف فناوری نانو استفاده می کند. نانوتکنولوژی DNA از ویژگی‌های منحصربه‌فرد شناسایی مولکولی DNA و سایر اسیدهای نوکلئیک برای ایجاد ساختمان های DNA شاخه‌دار خودآرا با خواص مفید استفاده می‌کند.  بنابراین DNA به‌عنوان یک ماده ساختاری و نه به‌عنوان حامل اطلاعات زیستی، برای ساختن ساختارهایی مانند شبکه‌های پیچیده دو بعدی و سه بعدی (هم بر پایه کاشی و هم با استفاده از روش « دی‌ان‌ای اوریگامی ») و ساختارهای سه‌بعدی در اشکال چند وجهی  به کار برده میشوند.  این ساختارهای DNA همچنین به عنوان الگو در گرئهم امدن مولکول های دیگر مانند نانوذرات طلا  و پروتئین های استرپتاویدین استفاده شده اند. 

## تک لایه های دو بعدی
مونتاژ خود به خودی یک لایه از مولکول ها در سطح مشترک معمولاً به عنوان خودآرایی دو بعدی شناخته می شود. یکی از نمونه‌های متداول این مجموعه‌ها، تک لایه‌های لانگمویر-بلاجت و چند لایه سورفکتانت‌ها هستند. مولکول های فعال غیر سطحی نیز می توانند در ساختارهای منظم جمع شوند. شواهد مستقیم اولیه که نشان می‌دهد مولکول‌های فعال غیر سطحی می‌توانند در معماری‌های درجه بالاتر در رابط‌های جامد جمع شوند، با توسعه میکروسکوپ تونل زنی روبشی و مدت کوتاهی پس از آن به دست آمدند.  در نهایت دو استراتژی برای خودآرایی معماری‌های دوبعدی رایج شد، یعنی خودآرایی پس از رسوب‌گذاری با خلاء فوق‌العاده بالا و بازپخت و خوداراییژ در رابط جامد-مایع.  طراحی مولکول‌ها و شرایطی که منجر به شکل‌گیری معماری‌های بسیار کریستالی می‌شود، امروزه شکلی از مهندسی کریستال دوبعدی در مقیاس نانوسکوپی در نظر گرفته می‌شود.

## جستارهای وابسته

* نظریه مونتاژ
* فولدامر
* یخ نه
* مجموعه ماکرومولکولی
* خود مونتاژ نانوذرات
* مجموعه فوق مولکولی                   

## منابع

رده:خودسامان‌دهی
رده:شیمی فرامولکولی