A tudósok kidolgoztak egy platformot a nanosizált anyagkomponensek vagy a „nano-objektumok” összeszerelésére nagyon különféle típusú-szervetlen vagy szerves-a kívánt 3D-s struktúrákba. Noha az öngyűjtés (SA) sikeresen alkalmazta a többfajta nanoanyagok szervezését, a folyamat rendkívül rendszerspecifikus volt, és az anyagok belső tulajdonságai alapján különböző struktúrákat generált. Amint azt a Nature Materials-ban ma közzétett cikkben beszámolták, új DNS-programozható nanofabribrózációs platformjuk alkalmazható különféle 3D-s anyagok szervezésére, ugyanolyan előírt módon a nanoméretben (egy méter milliárdja), ahol egyedi optikai, vegyi és egyéb tulajdonságok merülnek fel.
„Az egyik fő oka annak, hogy az SA nem a gyakorlati alkalmazásokhoz választott technika, hogy ugyanazt az SA-folyamatot nem lehet alkalmazni az anyagok széles skáláján, hogy azonos háromdimenziós tömböket hozzon létre a különböző nanokomponensekből”-magyarázta a megfelelő szerző, Oleg Gang, a lágy és bio nanomatermékek vezetője (CFN)-egy amerikai osztály vezetője (Doe NanoMaterials csoport), a Brook, a Brook, a Brook, a Brook, a Brook, a Brook, a Brook, a Brook, az Nemzeti laboratórium - és a vegyipar, valamint az alkalmazott fizika és anyagtudomány professzora a Columbia Engineeringnél. "Itt az SA folyamatot leválasztottuk az anyagtulajdonságoktól olyan merev poliéder DNS-keretek megtervezésével, amelyek beépíthetik a különféle szervetlen vagy szerves nano-objektumokat, beleértve a fémeket, félvezetőket, sőt még fehérjéket és enzimeket."
A tudósok szintetikus DNS -kereteket készítettek egy kocka, oktaéder és tetraéder alakjában. A keretek belsejében olyan DNS „karok” vannak, amelyekhez csak a komplementer DNS-szekvenciával rendelkező nano-objektumok kötődhetnek. Ezek az anyagvoxelek-a DNS-keret és a nano-objektum integrációja-azok az építőelemek, amelyekből a makroskála 3D-s szerkezetek elkészíthetők. A keretek egymáshoz kapcsolódnak, függetlenül attól, hogy milyen nano-objektum van (vagy sem) a komplementer szekvenciák szerint, amelyekkel a csúcsukon vannak kódolva. A alakjuktól függően a keretek eltérő csúcsokkal rendelkeznek, és így teljesen eltérő szerkezeteket képeznek. A kereteken belül tárolt nano-objektumok átveszik az adott keretszerkezetet.
Összegyűjtési megközelítésük bemutatására a tudósok metál (arany) és félvezető (kadmium szelenid) nanorészecskéket, valamint baktériumfehérjét (streptavidin) választottak ki a szervetlen és szerves nano-objektumokként, amelyeket a DNS-keretekbe kell elhelyezni. Először megerősítették a DNS -keretek integritását és az anyagi voxelek képződését az elektronmikroszkópokkal történő képalkotással a CFN elektronmikroszkópos létesítményben és a Van Andel Intézetben, amelynek olyan műszerkészlettel rendelkezik, amely kriogén hőmérsékleten működik a biológiai mintákhoz. Ezután megvizsgálták a 3D-s rácsos struktúrákat a koherens kemény röntgen-szórás és a Nemzeti Szinkrotron Light Source II (NSLS-II)-egy másik DOE tudományos irodai létesítményének a Brookhaven Lab-ban. A Columbia Engineering Bykhovsky Vegyészmérnöki Professzora, Sanat Kumar és csoportja számítási modellezést végeztek, kiderítve, hogy a kísérletileg megfigyelt rácsszerkezetek (a röntgen szórási minták alapján) voltak a termodinamikailag stabilabbok, amelyeket az anyagi voxelek kialakíthatnak.
"Ezek az anyagi voxelek lehetővé teszik számunkra, hogy elkezdjük használni az atomokból (és molekulákból), valamint az általuk kialakított kristályokból származó ötleteket, és ezt a hatalmas tudást és adatbázist a nanoméretű érdeklődésre számot tartó rendszerekhez jelöljük" - magyarázta Kumar.
A bandák Columbia hallgatói aztán megmutatták, hogyan lehetne felhasználni az összeszerelő platformot két különféle anyag megszervezésére kémiai és optikai funkciókkal. Az egyik esetben két enzimet gyűjtöttek össze, és 3D-s tömböket hoztak létre, nagy csomagolási sűrűséggel. Noha az enzimek kémiailag változatlanok maradtak, az enzimatikus aktivitás négyszeres növekedését mutatták. Ezek a „nanoreaktorok” felhasználhatók a kaszkád reakciók manipulálására és a kémiailag aktív anyagok gyártásának lehetővé tételére. Az optikai anyag demonstrációjához két különböző színű kvantumpontot összekevertek - apró nanokristályok, amelyeket nagy színű televíziós és fényerővel rendelkező televíziós kijelzők készítésére használnak. A fluoreszcencia mikroszkóppal rögzített képek azt mutatták, hogy a képződött rács a fény diffrakciós határának (hullámhossza) alatt tartja a szín tisztaságát; Ez a tulajdonság lehetővé tenné a különféle kijelzési és optikai kommunikációs technológiák jelentős felbontási javulását.
"Át kell gondolni, hogyan lehet az anyagokat kialakítani és hogyan működnek" - mondta Gang. „Az anyagáttervezés nem szükséges; A meglévő anyagok új módon történő csomagolása javíthatja tulajdonságaikat. Potenciálisan platformunk lehet egy „3D-s nyomtatáson túli gyártáson túl” lehetővé teszi az anyagok sokkal kisebb méretű, nagyobb anyagfajta és tervezett kompozíciók vezérlését. Ugyanazon megközelítés felhasználása a különböző anyagosztályok kívánt nano-objektumaiból származó 3D-s rácsok kialakításához, amelyek integrálják azokat, amelyek egyébként összeegyeztethetetlennek tekinthetők, forradalmasíthatják a nanomanfaktorozást. ”
A DOE/Brookhaven Nemzeti Laboratórium által biztosított anyagok. Megjegyzés: A tartalmat a stílus és a hossz szempontjából szerkeszthetjük.
Szerezd meg a legfrissebb tudományos híreket a ScienceDaily ingyenes e -mail hírleveleivel, naponta és hetente frissítve. Vagy megtekintheti az óránkénti frissített hírcsatornákat az RSS olvasójában:
Mondja el nekünk, mit gondol a ScienceDaily -ről - üdvözöljük mind a pozitív, mind a negatív megjegyzéseket. Van -e problémája a webhely használatával? Kérdések?
A postai idő: 2012. július-2012. július