密歇根大学领导的国际团队生产的合成粒子比自然界中最复杂的粒子更复杂。这些粒子由扭曲的尖刺组成，这些尖刺排列成直径为几微米或百万分之一毫米的球。他们还研究了这种复杂性是如何产生的，并设计了一种测量方法。这一发现为更稳定的流体和粒子混合物以及扭曲光的新方法铺平了道路，这是全息投影仪的先决条件。

它是由弯曲的金半胱氨酸纳米片组成的，它们向同一个方向扭曲，尖锐的纳米颗粒达到了测量的最高复杂度。它吸收紫外线，并在光谱的可见光部分发出扭曲的光。

生物学是纳米级和微米级复杂性的伟大创造者，具有穗状结构，如植物花粉、免疫细胞和一些病毒。在新的合成颗粒中，最复杂的天然颗粒是尖球虫。

如果金半胱氨酸纳米片被设计成保持扁平，结果是一个适度复杂的设计，研究人员称之为“皮划艇”粒子 如果金半胱氨酸纳米片被设计成保持平坦，结果是一个适度复杂的设计，研究人员称之为“皮划艇”粒子

这种藻类直径只有几微米，以在周围建造复杂的石灰石外壳而闻名。为了更好地理解这些粒子的生长规律，科学家和工程师们试图在实验室中制造它们，但到目前为止，还没有正式的方法来测量结果的复杂性。

领导该项目的密歇根大学材料科学与工程和聚合物科学与工程教授尼古拉斯·科托夫说:“数字统治世界，可以严格描述尖锐的形状，并将数字置于复杂性之上，这样我们在设计纳米粒子时就可以使用人工智能和机器学习等新工具。”

当扁平的金纳米片相互粘合而没有几个相互矛盾的限制时，就会出现这些相对简单的颗粒 当平坦的金纳米片相互粘附时，这些相对简单的颗粒就会出现，而没有几个相互矛盾的限制。

研究小组使用这个新的框架来证明它们的颗粒甚至比球虫更复杂。粒子复杂性的关键因素之一可能是这种情况下的手性，即顺时针或逆时针旋转的趋势。研究人员通过在纳米级硫化金薄片上覆盖一种叫做半胱氨酸的氨基酸来引入手性。

半胱氨酸有两个镜像，一个是顺时针驱动金箔叠层，另一个是逆时针旋转。对于最复杂的粒子，一个带有扭曲尖刺的尖锐球体，每个金块都涂有相同形式的半胱氨酸。该团队还通过使用扁平的纳米粒子来制造扁平的峰，而不是圆形的峰。他们还利用带电分子来确保纳米尺度的成分由于排斥作用可以形成直径超过几百纳米的更大颗粒。

松果菊球虫产生的石灰石壳是自然界中最复杂的颗粒之一，比皮艇颗粒复杂，但没有尖锐的合成颗粒复杂。

这种复杂性是有用的。花粉等颗粒上的纳米级尖刺阻止它们聚集在一起。同样，研究小组在这些颗粒上创建的峰可以帮助它们分散在几乎任何液体中，这对于稳定固/液混合物非常有用。

具有扭曲峰的粒子也会吸收紫外线，并相应地发出扭曲或圆偏振的可见光。这是研究中最困难的部分。从实验和模拟结果来看，紫外能量似乎被吸收到粒子中心，并通过量子力学相互作用进行转化。当它通过弯曲的峰时，它变成圆偏振可见光。

研究人员认为，他们发现的策略可以帮助科学家设计粒子，从而提高生物传感器、电子学和化学反应的效率。这项研究发表在《科学》杂志上。

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