▲在Ulrich Wiesner的實驗室裡，博士生Melik Turker(左)拿著一個十二面體的模型。
在6月20日《自然》雜誌上發表的一篇論文中，由美國康奈爾大學材料科學與工程系的Uli Wiesner教授領導的研究小組發現了10納米的單個自組裝十二面體結構——12面矽籠，該結構可用於中尺度材料組裝，也可用於醫學診斷和治療。
「人們曾提出，這些非常複雜的納米結構將是大塊材料的結構單元。」Wiesner說：「但從來沒有人把這些籠子當作孤立單元來了解。」
為了實現這個目的，研究人員在這些形狀產生的早期便捕獲其化學反應過程，從而在其結構形成的最初時期就開始研究，這是團隊正在進行的矽化學優化工作的一部分。
為了讓它們成像，研究人員將水裡的顆粒迅速冷凍到低溫，由於速度極快，水並沒有形成冰，而是變成了玻璃狀的固體。在薄的玻璃薄膜中，可以用低溫電子顯微鏡在不同的方向上成像。研究人員共收集了大約19000張單粒子圖像。
最初為研究病毒蛋白籠而開發的機器學習算法被應用於這些圖像的子集，將它們分類並計算出每個類的三維重建結構。一個基於2000張圖片的計算大約需要一天的時間。
就像醫院的CT掃描一樣，單粒子三維重建揭示了粒子的外部形狀和內部結構。研究人員表示，這可能是首次使用人工智慧(一種結構生物學中正在迅速發展的技術)對低溫電子顯微鏡圖像進行單粒子三維重建，並成功地應用於新合成材料的發現。
在論文中，Wiesner認為「基於最近超螢光二氧化矽納米顆粒的成功……接下來我們可以設想一系列新型的診斷和治療探針，並將藥物隱藏於籠狀結構中。
編譯：Coke 審稿：alone
責編：南熙
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