Naučnici su razvili platformu za sastavljanje nanoziziranih materijalnih komponenti ili "nano-objekata" vrlo različitih vrsta - neorganskih ili organskih - u željene 3-D konstrukcije. Iako se samopoštovanje (SA) uspješno koristi za organiziranje nanomaterijala nekoliko vrsta, proces je bio izuzetno specifičan za sistem, generira različite strukture na temelju unutarnjih svojstava materijala. Kao što je izviješteno u radu objavljenom u prirodnim materijalima, njihova nova programabilna platforma nanofabrikacionirati za organizaciju 3-D materijala na istim propisanim načinima na nanoscile (milijardi mjerača), gdje se pojavljuju jedinstvena optička, hemijska i druga nekretnina.
"Jedan od glavnih razloga zašto SA nije tehnika izbora za praktične aplikacije je da se isti proces SA ne može primijeniti u širokom rasponu materijala, lider u funkcionalnim nanomaterijalima (CFN) - američko Ministarstvo za energetiku (DOE) Ured za ured za nauku u Brookhaven National Laboratorija - i profesor hemijskog inženjerstva i primenjene fizike i nauke o materijalima u Inženjeringu Columbia. "Ovdje smo rasklišli proces SA materijalnim svojstvima dizajniranjem krutih poliedralnih okvira DNA koji mogu ubraniti različite anorganske ili organske nano-objege, uključujući metale, poluvodiče, pa čak i proteine i enzime i enzime."
Naučnici su dizajnirali sintetičke okvire DNA u obliku kocke, oktaedrona i tetraedrona. Unutar okvira su DNK "oružje" da se samo nano-objekti s komplementarnim DNK sekvence mogu vezati. Ovi materijali Voxels - integracija DNK okvira i nano-objekata - su građevinski blokovi iz kojih se mogu napraviti građevinske blokove iz kojih se mogu napraviti makroznave 3-D struktura. Okviri se međusobno povezuju bez obzira na kakav je nano-objekt unutar (ili ne) prema komplementarnim nizovima koje su kodirane na njihovim vrhovima. Ovisno o njihovom obliku, okviri imaju različit broj vrhova i tako formiraju potpuno različite strukture. Svi nano-objekti bili su domaćini unutar okvira koji preuzmu tu određenu strukturu okvira.
Da bi demonstrirali svoj pribor montaže, naučnici odabrali metalni (zlatni) i poluvodički (kadmijum selenid) nanočestike i bakterijski protein (Streptavidin) kao i neorganski i organski nano-objekti koji se postavljaju unutar okvira DNA. Prvo su potvrdili integritet DNK okvira i formiranje materijalnih voksela snimajući elektronskim mikroskopima u CFN elektronskom mikroskopijskom objektu i vanjskom institutu van Andal koji djeluje na kriogene temperature za biološke uzorke. Zatim su ispitivali 3-D rentrice na koherentnim tvrdim rendgenskim rendgenskim rasipanjem i složenim materijalima za rasipanje snopa na nacionalnom sinkrotrotronom izvoru II (NSLS-II) - još jedan Ured za naučnosni objekt u Laboratoriji Brookhaven. Columbia inženjering Bykhovsky profesor hemijskog inženjerstva Sanat Kumar i njegova grupa izvršili su računarsko modeliranje koje su otkrile da su eksperimentalno promatrane rešetke (na osnovu rendgenskih obrazaca) bile najviše termodinamički stabilne koje su mogli formirati materijalni vokseli.
"Ovi materijali vokseli omogućavaju da počnu da koristimo ideje izvedene iz atoma (molekula) i kristala koje formiraju i priključi ovo veliko znanje i bazu podataka u sisteme interesa u Nanoscaleu", objasnio je Kumar.
Studenti bande u Columbiji su zatim pokazali kako bi se montažna platforma mogla koristiti za vožnju organizacije dvije različite vrste materijala sa hemijskim i optičkim funkcijama. U jednom slučaju, oni su sastavljali dva enzima, stvarajući 3-D nizove sa visokom gustoćom pakiranja. Iako su enzimi ostali hemijski nepromijenjeni, pokazali su se o četverostrukoj povećanju enzimske aktivnosti. Ovi "nanoreactors" mogu se koristiti za manipulaciju kaskadnih reakcija i omogućiti izradu hemijski aktivnih materijala. Za detaljnu demonstraciju materijala miješali su dvije različite boje kvantnih točkica - sićušni nanokristi koji se koriste za izradu televizijskih zaslona uz veliku zasićenost boja i svjetline. Slike snimljene fluorescentnom mikroskopom pokazale su da se formirana rešetka održavala čistoću boje ispod difrakcijske granice (talasna dužina) svjetlosti; Ova nekretnina mogla bi omogućiti značajnu poboljšanje rezolucije u različitim tehnologijama zaslona i optičke komunikacije.
"Moramo preispitati kako se materijali mogu formirati i kako funkcionišu", reče Gang. "Redizajn materijala možda nije potreban; jednostavno pakiranje postojećih materijala na nove načine mogao bi poboljšati svoju svojstva za kontrolu materijala i sa većim pristupom za oblikovanje 3-D rešetki iz željenih nano-objekata različitih materijala, integrirajući one koji bi se inače smatrali nekompatibilnim, mogli bi revolucionirati nanomirajuće."
Materijali koje pruža Nacionalna laboratorija Doe / Brookhaven. Napomena: Sadržaj može biti uređen za stil i dužinu.
Nabavite najnovije vijesti o naučnoj vijesti sa Sciendednim besplatnim biltenima e-pošte, ažurirane dnevno i tjedno. Ili pogledajte po satu ažurirane newFeed u vašem RSS čitatelju:
Recite nam šta mislite o nauci - pozdravljamo i pozitivne i negativne komentare. Imate li problema sa lokacijom? Pitanja?
Vrijeme pošte: Jan-14-2020