Sciencistoj disvolvis platformon por munti nanosizitajn materialajn komponentojn, aŭ "nano-objektojn", de tre malsamaj specoj-neorganikaj aŭ organikaj-en deziratajn 3-D-strukturojn. Kvankam mem-asembleo (SA) sukcese estis uzata por organizi nanomaterialojn de pluraj specoj, la procezo estis ege sistem-specifa, generante malsamajn strukturojn bazitajn sur la intrinsekaj ecoj de la materialoj. Kiel raportite en papero publikigita hodiaŭ en naturmaterialoj, ilia nova DNA-programebla nanofabrika platformo povas esti aplikata por organizi varion de 3-D-materialoj laŭ la samaj preskribitaj manieroj ĉe la nanoskalo (miliardoj de metro), kie ekestas unikaj optikaj, kemiaj kaj aliaj propraĵoj.
"Unu el la ĉefaj kialoj, kial SA ne estas tekniko elektebla por praktikaj aplikoj, estas, ke la sama SA-procezo ne povas esti aplikata tra larĝa gamo de materialoj por krei identajn 3-D ordigitajn tabelojn de malsamaj nanokomponentoj," klarigis Korespondanta Aŭtoro Oleg Gang, estro de la mola kaj Bro-Nanomaterials-Nanomaterials-Nanomateriala Grupo de Funkcia Nano-Nanomaterialo (DO-Funkcia Nanomaterialo (DO-Funkcia Nanomaterialo (DO-Naci-Nanomateriala Nanomateriala Nanomateriala Grupo (DOE-Naci-Nanomaterials-Nanomaterials. Laboratorio - kaj Profesoro pri Kemia Inĝenierado kaj pri Aplikata Fiziko kaj Materialoj -Scienco ĉe Columbia Engineering. "Ĉi tie, ni interkonsentis la SA-procezon el materialaj proprietoj per projektado de rigidaj poliedraj DNA-kadroj, kiuj povas enkapsuligi diversajn neorganikajn aŭ organikajn nano-objektojn, inkluzive de metaloj, semikonduktaĵoj kaj eĉ proteinoj kaj enzimoj."
La sciencistoj kreis sintezajn DNA -kadrojn en la formo de kubo, okedro kaj tetraedro. Ene de la kadroj estas "brakoj" de DNA, kiujn nur nano-objektoj kun la komplementa DNA-sekvenco povas ligi. Ĉi tiuj materiaj vokaloj-la integriĝo de la DNA-kadro kaj nano-objekto-estas la konstruaj blokoj, el kiuj povas fari makroskalajn 3-D-strukturojn. La kadroj konektas unu al la alia sendepende de kia nano-objekto estas interne (aŭ ne) laŭ la komplementaj sekvencoj, kiujn ili kodas ĉe iliaj verticoj. Depende de sia formo, kadroj havas malsaman nombron da verticoj kaj tiel formas tute malsamajn strukturojn. Ajna nano-objektoj gastigitaj en la kadroj alprenas tiun specifan framstrukturon.
Por pruvi sian asemblean aliron, la sciencistoj elektis metalajn (orajn) kaj semikonduktaĵajn (kadmio selenidon) nanopartiklojn kaj bakterian proteinon (streptavidino) kiel la neorganikaj kaj organikaj nano-objektoj por esti metitaj en la DNA-kadrojn. Unue, ili konfirmis la integrecon de la DNA -kadroj kaj formado de materialaj vokaloj per bildigo per elektronikaj mikroskopoj ĉe la elektronika mikroskopa instalaĵo de CFN kaj la Instituto Van Andel, kiu havas aron da instrumentoj funkciantaj ĉe kriogenaj temperaturoj por biologiaj specimenoj. Ili tiam sondis la 3-D-kradajn strukturojn ĉe la kohera malmola radiografia disvastigado kaj kompleksaj materialoj disĵetantaj trabojn de la nacia sinkrotrona lumfonto II (NSLS-II)-alia DOE-Oficejo pri Scienca Uzanto-Instalaĵo ĉe Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky Profesoro pri Kemia Inĝenierado Sanat Kumar kaj lia grupo plenumis komputan modeladon rivelante, ke la eksperimente observitaj lataj strukturoj (surbaze de la X-radiaj disvastigaj ŝablonoj) estis la plej termodinamike stabilaj, kiujn la materiaj vokaloj povus formi.
"Ĉi tiuj materiaj vokaloj permesas al ni komenci uzi ideojn derivitajn de atomoj (kaj molekuloj) kaj de la kristaloj, kiujn ili formas, kaj havas ĉi tiun vastan scion kaj datumbazon al interesaj sistemoj ĉe la nanoskalo," klarigis Kumar.
La studentoj de Gang ĉe Columbia tiam pruvis kiel la muntada platformo povus esti uzata por funkciigi la organizadon de du malsamaj specoj de materialoj kun kemiaj kaj optikaj funkcioj. En unu kazo, ili ko-kunmetis du enzimojn, kreante 3-D-tabelojn kun alta paka denseco. Kvankam la enzimoj restis kemie senŝanĝaj, ili montris ĉirkaŭ kvaroble pliigon de enzimata agado. Ĉi tiuj "nanoreaktoroj" povus esti uzataj por manipuli akvofilajn reagojn kaj ebligi la fabrikadon de kemie aktivaj materialoj. Por la manifestacio de optika materialo, ili miksis du malsamajn kolorojn de kvantaj punktoj - etaj nanokristaloj, kiuj estas uzataj por fari televidajn ekranojn kun alta kolora saturiĝo kaj brilo. Bildoj kaptitaj per fluoreska mikroskopo montris, ke la formita krado konservita kolora pureco sub la difrakta limo (ondolongo) de lumo; Ĉi tiu posedaĵo povus permesi signifan rezolucian plibonigon en diversaj ekranaj kaj optikaj komunikaj teknologioj.
"Ni devas repensi kiel oni povas formi materialojn kaj kiel ili funkcias," diris Gang. “Materia redesegno eble ne necesas; Simple paki ekzistantajn materialojn per novaj manieroj povus plibonigi iliajn propraĵojn. Eble, nia platformo povus esti ebliga teknologio "preter 3-D-presa fabrikado" por kontroli materialojn je multe pli malgrandaj skaloj kaj kun pli granda materiala vario kaj desegnitaj komponaĵoj. Uzante la saman aliron por formi 3-D-kradojn de dezirataj nano-objektoj de diversaj materialaj klasoj, integri tiujn, kiuj alie estus konsiderataj nekongruaj, povus revolucii nanomanufaktadon. "
Materialoj provizitaj de Nacia Laboratorio DOE/Brookhaven. Noto: Enhavo povas esti redaktita por stilo kaj longeco.
Akiru la plej novajn sciencajn novaĵojn per la senpagaj retpoŝtaj informiloj de ScienceDaily, ĝisdatigitaj ĉiutage kaj ĉiusemajne. Aŭ vidu ĉiumonate ĝisdatigitajn novaĵojn en via RSS -leganto:
Diru al ni, kion vi pensas pri ScienceDaily - ni bonvenigas ambaŭ pozitivajn kaj negativajn komentojn. Ĉu iuj problemoj uzas la retejon? Demandoj?
Afiŝotempo: jul-04-2022