Wetenskaplikes het 'n platform ontwikkel vir die samestelling van nanosiseerde materiaalkomponente, of 'nano-voorwerpe', van baie verskillende soorte-anorganies of organies-in die gewenste 3-D-strukture. Alhoewel selfmontering (SA) suksesvol gebruik is om nanomateriale van verskillende soorte te organiseer, was die proses uiters stelselspesifiek, wat verskillende strukture opgelewer het op grond van die intrinsieke eienskappe van die materiale. Soos berig in 'n artikel wat vandag in Nature Materials gepubliseer is, kan hul nuwe DNA-programmeerbare nanofabrication-platform toegepas word om 'n verskeidenheid 3D-materiale op dieselfde voorgeskrewe maniere op die nanoskaal te organiseer (miljardste van 'n meter), waar unieke optiese, chemiese en ander eienskappe na vore kom.
"One of the major reasons why SA is not a technique of choice for practical applications is that the same SA process cannot be applied across a broad range of materials to create identical 3-D ordered arrays from different nanocomponents," explained corresponding author Oleg Gang, leader of the Soft and Bio Nanomaterials Group at the Center for Functional Nanomaterials (CFN) -- a US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility at Brookhaven National Laboratory - en 'n professor in chemiese ingenieurswese en van toegepaste fisika en materiaalwetenskap aan Columbia Engineering. "Hier het ons die SA-proses van materiële eienskappe ontkoppel deur starre veelvlakkige DNA-rame te ontwerp wat verskillende anorganiese of organiese nano-voorwerpe, insluitend metale, halfgeleiers en selfs proteïene en ensieme, kan omhul."
Die wetenskaplikes het sintetiese DNA -rame in die vorm van 'n kubus, oktahedron en tetrahedron ontwerp. Binne die rame is DNA "arms" wat slegs nano-voorwerpe met die komplementêre DNA-volgorde kan bind. Hierdie materiële voxels-die integrasie van die DNA-raam en nano-objek-is die boustene waaruit makroskale 3-D-strukture gemaak kan word. Die rame verbind met mekaar, ongeag van watter soort nano-voorwerp binne (al dan nie) is volgens die komplementêre rye waarmee hulle gekodeer is by hul hoekpunte. Afhangend van hul vorm, het rame 'n ander aantal hoekpunte en vorm dit dus heeltemal verskillende strukture. Enige nano-voorwerpe wat in die rame aangebied word, neem die spesifieke raamstruktuur aan.
Om hul monteerbenadering te demonstreer, het die wetenskaplikes metaal (goud) en halfgeleidende (kadmiumselenied) nanodeeltjies en 'n bakteriële proteïen (streptavidin) gekies as die anorganiese en organiese nano-objek wat binne die DNA-rame geplaas moet word. Eerstens het hulle die integriteit van die DNA -rame en die vorming van materiële voxels bevestig deur beeldvorming met elektronmikroskope by die CFN -elektronmikroskopie -fasiliteit en die Van Andel Institute, wat 'n reeks instrumente het wat werk teen kryogene temperature vir biologiese monsters. Hulle het daarna die 3-D-roosterstrukture by die samehangende harde röntgenstraalverspreiding en komplekse materiale ondersoek wat straallyne van die National Synchrotron Light Source II (NSLS-II)-'n ander DOE-kantoor van wetenskaplike gebruikersfasiliteit by Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky Professor in Chemiese Ingenieurswese Sanat Kumar en sy groep het berekeningsmodellering uitgevoer wat onthul het dat die eksperimenteel waargenome roosterstrukture (gebaseer op die X-straalverspreidingspatrone) die mees termodinamies stabiele was wat die materiële voxels kon vorm.
"Hierdie materiële voxels stel ons in staat om idees te gebruik wat afgelei is van atome (en molekules) en die kristalle wat hulle vorm, en hierdie uitgebreide kennis en databasis na stelsels van belang op die nanoskaal," het Kumar verduidelik.
Gang se studente aan Columbia het toe gedemonstreer hoe die monteerplatform gebruik kan word om die organisasie van twee verskillende soorte materiale met chemiese en optiese funksies te dryf. In een geval het hulle twee ensieme saamgestel en 3-D-skikkings met 'n hoë pakdigtheid geskep. Alhoewel die ensieme chemies onveranderd gebly het, het hulle 'n viervoudige toename in ensiematiese aktiwiteit getoon. Hierdie 'nanoreaktore' kan gebruik word om kaskade -reaksies te manipuleer en die vervaardiging van chemies aktiewe materiale moontlik te maak. Vir die demonstrasie van die optiese materiaal het hulle twee verskillende kleure van kwantumpunte gemeng - klein nanokristalle wat gebruik word om televisie -skerms met 'n hoë kleurversadiging en helderheid te maak. Beelde wat met 'n fluorescentie -mikroskoop vasgelê is, het getoon dat die gevormde rooster die suiwerheid onder die diffraksielimiet (golflengte) van lig onderhou; Hierdie eienskap kan 'n beduidende verbetering van die resolusie in verskillende vertoon- en optiese kommunikasietegnologieë moontlik maak.
"Ons moet heroorweeg hoe materiale gevorm kan word en hoe dit funksioneer," het Gang gesê. "Materiaalherontwerp is miskien nie nodig nie; bloot bestaande materiale op nuwe maniere verpak, kan hul eienskappe verbeter. Potensiaal kan ons platform 'n bemagtigende tegnologie 'Beyond 3-D Printing Manufacturing' wees om materiale op baie kleiner skale te beheer en met 'n groter materiële verskeidenheid en ontwerpte komposisies. Met behulp van dieselfde benadering tot vorm 3-D-latte van gewenste nano-objects van verskillende materiaalklasse, sou dit anders wees om te verander, anders sou dit verander word. Nanomanufacturing. "
Materiaal verskaf deur DOE/Brookhaven National Laboratory. Opmerking: Inhoud kan geredigeer word vir styl en lengte.
Kry die nuutste wetenskaplike nuus met Sciencedaily se gratis e -pos nuusbriewe, wat daagliks en weekliks opgedateer word. Of kyk na uurlikse opgedateerde nuusvoere in u RSS -leser:
Vertel ons wat u van Sciencedaily dink - ons verwelkom positiewe en negatiewe opmerkings. Het u probleme met die gebruik van die webwerf? Vrae?
Postyd: Jan-14-2020 Januarie