Навукоўцы распрацавалі платформу для зборкі наносізаваных кампанентаў матэрыялаў, альбо "нана-аб'ектаў" вельмі розных тыпаў-неарганічных або арганічных-у патрэбныя 3-D структуры. Хоць самастойнае зборку (SA) паспяхова выкарыстоўваецца для арганізацыі нанаматэрыялаў некалькіх відаў, гэты працэс быў надзвычай спецыфічны, ствараючы розныя структуры, заснаваныя на ўласных уласцівасцях матэрыялаў. Як паведамляецца ў дакуменце, апублікаванай сёння ў прыродзе, іх новая праграмавальная нанафабрыкацыйная платформа ДНК можа прымяняцца для арганізацыі розных 3-D матэрыялаў аднолькавымі прадугледжанымі спосабамі на нанамаштабе (мільярды метра), дзе ўзнікаюць унікальныя аптычныя, хімічныя і іншыя ўласцівасці.
"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 Нацыянальная лабараторыя Брукхейвена - і прафесар хімічнай інжынерыі і прыкладной фізікі і матэрыялазнаўства ў Калумбійскім інжынерыі. "Тут мы адключылі працэс SA ад матэрыяльных уласцівасцей, распрацоўваючы цвёрдыя шматгранныя рамкі ДНК, якія могуць інкапсуляваць розныя неарганічныя або арганічныя нана-аб'екты, у тым ліку металы, паўправаднікі і нават вавёркі і ферменты".
Навукоўцы распрацавалі сінтэтычныя рамкі ДНК у форме куба, васьміграннага і тэтраэдра. Унутры кадры знаходзяцца ДНК "зброя", з якімі можа звязвацца толькі нана-аб'екты з дадатковай паслядоўнасцю ДНК. Гэтыя матэрыяльныя вакселі-інтэграцыя рамкі ДНК і нана-аб'екта-гэта будаўнічыя блокі, з якіх можна зрабіць 3-D структуры макраскаляцыі. Кадры падключаюцца адзін да аднаго, незалежна ад таго, які нана-аб'ект знаходзіцца ўнутры (ці не) у адпаведнасці з дадатковымі паслядоўнасцямі, з якімі яны закадаваны ў сваіх вяршынях. У залежнасці ад іх формы, кадры маюць розную колькасць вяршынь і, такім чынам, утвараюць зусім розныя структуры. Любыя нана-аб'екты, размешчаныя ў рамках, прымаюць на гэтую канкрэтную структуру кадра.
Каб прадэманстраваць падыход да зборкі, навукоўцы выбралі металічныя (золата) і паўправадніковыя (кадмій селенід) наначасціц і бактэрыяльны бялок (стрэптавідын) у якасці неарганічных і арганічных нана-аб'ектаў, якія будуць размяшчацца ў межах ДНК. Па -першае, яны пацвердзілі цэласнасць рамак ДНК і ўтварэнне матэрыяльных вокселяў, выяўляючы электроннымі мікраскопамі на аб'екце электроннай мікраскапіі CFN і Інстытута Ван Андэла, які мае набор інструментаў, якія працуюць пры криогенных тэмпературах для біялагічных узораў. Затым яны праводзілі 3-D рашоткі структуры на ўзгодненым жорсткім рэнтгенаўскім рассейванні і складаных матэрыялах, якія рассейваюць прамяні Нацыянальнай крыніцы сінхротрона II (NSLS-II)-яшчэ адзін офіс карыстальніка навукі ў лабараторыі Брукхавена. Калумбійскі інжынерны прафесар хімічнай інжынерыі Санат Кумар і яго група праводзілі вылічальнае мадэляванне, паказваючы, што эксперыментальна назіраныя структуры кратаў (заснаваныя на рэнтгенаўскіх мадэлях), былі найбольш тэрмадынамічна стабільнымі, якія могуць утварыць воксы.
"Гэтыя матэрыяльныя вокселі дазваляюць нам пачаць выкарыстоўваць ідэі, атрыманыя з атамаў (і малекул) і крышталяў, якія яны ўтвараюць, і пераносяць гэтыя велізарныя веды і базу дадзеных, якія прадстаўляюць цікавасць на нанамаштабе", - растлумачыў Кумар.
Затым студэнты банды ў Калумбіі прадэманстравалі, як платформа зборкі можа быць выкарыстана для кіравання арганізацыяй двух розных відаў матэрыялаў з хімічнымі і аптычнымі функцыямі. У адным выпадку яны сабралі два ферменты, ствараючы 3-D масівы з высокай шчыльнасцю ўпакоўкі. Хоць ферменты заставаліся хімічна нязменнымі, яны паказалі пра чатырохразовае павелічэнне ферментатыўнай актыўнасці. Гэтыя "нанарэактыкі" могуць быць выкарыстаны для маніпулявання каскаднымі рэакцыямі і ўключыць выраб хімічна актыўных матэрыялаў. Для дэманстрацыі аптычнага матэрыялу яны змяшалі два розныя колеры квантавых кропак - малюсенькія нанакрышталі, якія выкарыстоўваюцца для вырабу тэлевізійных дысплеяў з высокай насычанасцю колеру і яркасцю. Выявы, зробленыя флюарэсцэнтным мікраскопам, паказалі, што ўтвораная кратаватая чысціня афарбоўваецца ніжэй мяжы дыфракцыі (даўжыня хвалі) святла; Гэта ўласцівасць можа забяспечыць значнае паляпшэнне дазволу ў розных тэхналогіях дысплея і аптычнай камунікацыі.
"Нам трэба пераасэнсаваць, як можна сфармаваць матэрыялы і як яны функцыянуюць", - сказаў Ганг. "Матэрыяльны пераасэнсаванне можа не спатрэбіцца; проста ўпакоўка існуючых матэрыялаў па-новаму можа павысіць іх уласцівасці. Патэнцыйна наша платформа можа стаць спрыяльнай тэхналогіяй" за межамі 3-D друку "для кіравання матэрыяламі на значна меншы Нанапрадукцыю ".
Матэрыялы, прадастаўленыя Нацыянальнай лабараторыяй DOE/Brookhaven. УВАГА: Змест можа рэдагавацца для стылю і даўжыні.
Атрымайце апошнія навуковыя навіны з бясплатнымі рассылкамі электроннай пошты Sciedaily, абнаўляюцца штодня і штотыдзень. Альбо прагледзець штогадзінныя абноўленыя стужкі навін у вашым чытачах RSS:
Раскажыце, што вы думаеце пра Sciedaily - мы вітаем як станоўчыя, так і адмоўныя каментарыі. Ёсць праблемы з выкарыстаннем сайта? Пытанні?
Час паведамлення: студзень-14-2020