▲在Ulrich Wiesner的实验室里，博士生Melik Turker(左)拿着一个十二面体的模型。
在6月20日《自然》杂志上发表的一篇论文中，由美国康奈尔大学材料科学与工程系的Uli Wiesner教授领导的研究小组发现了10纳米的单个自组装十二面体结构——12面硅笼，该结构可用于中尺度材料组装，也可用于医学诊断和治疗。
“人们曾提出，这些非常复杂的纳米结构将是大块材料的结构单元。”Wiesner说：“但从来没有人把这些笼子当作孤立单元来了解。”
为了实现这个目的，研究人员在这些形状产生的早期便捕获其化学反应过程，从而在其结构形成的最初时期就开始研究，这是团队正在进行的硅化学优化工作的一部分。
为了让它们成像，研究人员将水里的颗粒迅速冷冻到低温，由于速度极快，水并没有形成冰，而是变成了玻璃状的固体。在薄的玻璃薄膜中，可以用低温电子显微镜在不同的方向上成像。研究人员共收集了大约19000张单粒子图像。
最初为研究病毒蛋白笼而开发的机器学习算法被应用于这些图像的子集，将它们分类并计算出每个类的三维重建结构。一个基于2000张图片的计算大约需要一天的时间。
就像医院的CT扫描一样，单粒子三维重建揭示了粒子的外部形状和内部结构。研究人员表示，这可能是首次使用人工智能(一种结构生物学中正在迅速发展的技术)对低温电子显微镜图像进行单粒子三维重建，并成功地应用于新合成材料的发现。
在论文中，Wiesner认为“基于最近超荧光二氧化硅纳米颗粒的成功……接下来我们可以设想一系列新型的诊断和治疗探针，并将药物隐藏于笼状结构中。
编译：Coke 审稿：alone
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