خودآرایی روش ساختی است که در آن اجزاء مختلف (چه به صورت تک به تک و چه به صورت متصل به هم) به صورت خود به خودی ساختار به هم پیوسته منظمی را تشکیل می دهند، اما این روش ساخت تنها در مقیاس نانو کاربرد ندارد بلکه در مقیاسهای بسیار بزرگتر هم به کار می رود شکل ۱ نمونه های دیگری را به همراه مقیاس آنها نمایش می دهد.

شکل ۱: نمونه‌هایی از خودآرایی در ابعاد میلی‌متر

البته می شود گفت که ابتدا این روش ساخت در مقیاس نانو مشاهده و درک شد و پس از آن مانند بسیاری دیگر از فعالیتهای بشر که سعی در شبیه سازی و استفاده از روشهای طبیعی را دارند، شبیه سازی و در مقیاسهای بزرگتر پیاده سازی شد. یکی از طرحهای تحقیقاتی در این زمینه که بسیار جالب توجه است و برای بررسی بر روی ساختارهای خود آرا راه اندازی شده است، طرحی است در دانشگاه واشنگتن به نام اجزاء خود سازمان ده قابل برنامه ریزی که در شکل ۲ یکی از اجزاء آن که به عنوان شبیه سازی یک ساختار مثلثی استفاده شده است را می بینید

شکل ۲: اجزاء یکی از قسمتهای طرح دانشگاه واشنگتن

▪ خودآرایی از لحاظ علمی جذاب و از دیدگاه فناوری مهم است. چون:

۱) در زندگی ما مهم است. سلولها به طرز حیرت آوری از مواد پیچیده ای نظیر بافتهای چربی، پروتئینها، ساختارهای اسیدی و بسیاری موارد دیگر که توسط خودآرایی ساخته می شوند تشکیل یافته اند.

۲) خودآرایی روشی برای ساخت موادی با ساختارهای منظم نظیر کریستالهای مولکولی، کریستالهای مایع و نیمه کریستالها است و این ساختارهای منظم بسیار پر کاربردند.

۳) کاربردهای بسیاری در مواد با سایزهای بزرگتر دارند و امکان استفاده از آن در مواد دیگر و همچنین کاربرد آن در مبحث مواد چگال نیز وجود دارد.

۴) به نظر می آید این روش یکی از پرکاربردترین روشهای ساخت در مقیاس نانو است.

با توجه به این موارد می توان گفت که خودآرایی در زمینه های بسیاری نظیر شیمی، فیزیک، بیولوژی، علم مواد، نانوتکنولوژی و ساخت بسیار پرکاربرد و مهم است.

● اصول خودآرایی مولکولی

همانطور که گفتیم تاریخچه خودآرایی مربوط به مطالعات بر روی مولکولها می شود. موفقیت آمیز بودن خودآرایی در یک سیستم مولکولی به پنج مشخصه سیستم مربوط است:

۱) اجزای سیستم: یک سیستم خودآرا از گروههای مولکولی و یا بخشهایی از درشت مولکولها تشکیل شده است که با یکدیگر در تعاملند. این مولکولها یا درشت مولکولها می توانند یکسان و یا متفاوت باشند و تعامل بین آنها منجر به تغییر از یک حالت با سازماندهی کمتر (مانند محلول) به یک حالت منظمتر (مانند کریستال) می شود.

۲) تعامل بین آنها: خودآرایی هنگامی رخ می دهد که مولکولها به تعادلی در بین نیروهای جاذبه و دافعه مولکولی می رسند که این نیروها ضعیف و از نوع غیر کووالانسی (مانند نیروهای آبگریزی) هستند.

۳) بازگشت پذیری (یا انطباق پذیری): در خودآرایی برای اینکه ساختارهای منظم به وجود آید می بایست تجمع مولکولی بازگشت پذیر بوده و اجزا بتوانند جای خود را در ساختار ایجاد شده اولیه تغییر داده و تنظیم کنند. به همین خاطر مقاومت قیدهای بین اجزا باید در حدود نیروهایی باشد که می خواهد آنها را از هم جدا کند. به عنوان مثال فرآیندی که در آن مولکولها به طور بازگشت ناپذیر به یکدیگر می چسبند به جای کریستال به ما شیشه می دهد (شکل ۳)!

شکل ۳: اثر بازگشت‌پذیری در تولید کریستال

۴) محیط: خودآرایی مولکولی معمولا در یک محلول و یا رابطی که امکان حرکت را به اجزا می دهد اتفاق می افتد و تعامل اجزا با محیط بر روی سرعت فرایند تا ثیر زیادی دارد.

۵) جابجایی جرم: برای اینکخه خودآرایی رخ دهد مولکولها باید در حرکت باشند.

روشهای بسیاری وجود دارد که این خصوصیات در آنها به طرز مناسبی کنار یکدیگر قرار گرفته اند و به همین خاطر است که محصولاتی که به روش خود آرا ساخته شده باشند بسیار متنوع هستند. این محصولات را می توان در دسته بندیهای دو بعدی و سه بعدی، تک لایه یا چند لایه، نانو تا میکرو و بزرگتر و ... تقسیم بندی کرد.