Vědci vyvinuli platformu pro sestavení nanosizovaných materiálových složek nebo „nano-objektů“ velmi odlišných typů-anorganických nebo organických-do požadovaných 3-D struktur. Ačkoli se k organizaci nanomateriálů několika druhů úspěšně použila sebestavení (SA), tento proces byl extrémně specifický pro systém a generoval různé struktury založené na vnitřních vlastnostech materiálů. Jak je uvedeno v článku zveřejněném dnes v přírodních materiálech, jejich nová nanofabrikační platforma programovatelná DNA může být použita k organizaci různých 3-D materiálů stejným předepsaným způsobem na nanočástice (miliardy metru), kde se objevují jedinečné optické, chemické a další vlastnosti.
„Jedním z hlavních důvodů, proč SA není technikou volby pro praktické aplikace, je to, že stejný SA proces nelze aplikovat napříč širokou škálou materiálů, aby se vytvořily identické 3-D uspořádané pole z různých nanokomponent,“ vysvětlil odpovídající autor Oleg Gang, vůdce měkké a biologické nanomateriálové skupiny ve středu pro funkční nanomatery (CFN) (Cfn) (CFN) (Cfn) (Cfn) (Cfn) (CFN) (CFN) (CFN) (CFN) (CFN) (CFN) (CFN) (CFN) (CFN) (CFN). Národní laboratoř - a profesor chemického inženýrství a aplikované fyziky a materiálové vědy v Columbia Engineering. "Zde jsme oddělili proces SA z materiálových vlastností navrhováním tuhých polyhedrálních DNA rámců, které mohou zapouzdřit různé anorganické nebo organické nano-objekty, včetně kovů, polovodičů a dokonce proteinů a enzymů."
Vědci vytvořili syntetické rámečky DNA ve tvaru krychle, oktaedronu a tetrahedron. Uvnitř rámců jsou „ramena“ DNA, na které se mohou vázat pouze nano-objekty s komplementární sekvencí DNA. Tyto materiálové voxely-integrace rámce DNA a nano-objekt-jsou stavební bloky, ze kterých lze vyrobit 3-D struktury makroziva. Rámy se navzájem spojují bez ohledu na to, jaký druh nano-objektu je uvnitř (nebo ne) podle doplňkových sekvencí, se kterými jsou kódovány na jejich vrcholech. V závislosti na jejich tvaru mají rámečky odlišný počet vrcholů, a tedy zcela odlišné struktury. Jakékoli nano-objekty hostované uvnitř snímků zabírají tuto konkrétní strukturu rámce.
Pro demonstraci jejich sestavovacího přístupu si vědci vybrali kovové (zlato) a polovodičové nanočástice (kadmium selenid) a bakteriální protein (streptavidin) jako anorganické a organické nano-objekty, které mají být umístěny uvnitř DNA rámců. Nejprve potvrdili integritu rámců DNA a tvorbu materiálových voxelů zobrazováním elektronových mikroskopů v elektronové mikroskopickém zařízení CFN a Van Andelovu institutu, který má sadu nástrojů, které pracují při kryogenních teplotách pro biologické vzorky. Poté sondovali trojrozměrné mřížové struktury v koherentním tvrdém rentgenovém rozptylu a komplexních materiálech rozptylujících paprsky národního synchrotronového světelného zdroje II (NSLS-II)-dalšího uživatelského zařízení pro vědu DOE v Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky profesor chemického inženýrství Sanat Kumar a jeho skupina provedli výpočetní modelování, které odhalilo, že experimentálně pozorované mřížové struktury (založené na vzorcích rentgenového rozptylu) byly nejvíce termodynamicky stabilně, které by mohly tvořit materiálové voxely.
„Tyto materiálové voxely nám umožňují začít používat nápady odvozené z atomů (a molekul) a krystalů, které tvoří, a přinášejí tuto obrovskou znalost a databázi do systémů, které jsou v nanočástice,“ vysvětlil Kumar.
Studenti Gangu v Columbii pak ukázali, jak by montážní platforma mohla být použita k řízení organizace dvou různých druhů materiálů s chemickými a optickými funkcemi. V jednom případě společně sestavili dva enzymy a vytvořili 3D pole s vysokou hustotou balení. Ačkoli enzymy zůstaly chemicky nezměněny, vykazovaly asi čtyřnásobné zvýšení enzymatické aktivity. Tyto „nanoreaktory“ by mohly být použity k manipulaci s kaskádovými reakcemi a umožnění výroby chemicky aktivních materiálů. Pro demonstraci optického materiálu smíchali dvě různé barvy kvantových teček - malé nanokrystaly, které se používají k vytváření televizních displejů s vysokou nasycenou barvou a jasem. Obrázky zachycené fluorescenčním mikroskopem ukázaly, že vytvořená mříže udržovala čistotu barvy pod difrakčním limitem (vlnovou délkou) světla; Tato vlastnost by mohla umožnit významné zlepšení řešení v různých technologiích displeje a optické komunikace.
"Musíme přehodnotit, jak lze vytvořit materiály a jak fungují," řekl Gang. „Přepracování materiálu nemusí být nutné; pouhé zabalení stávajících materiálů novými způsoby by mohlo zvýšit jejich vlastnosti. Potenciálně by naše platforma mohla být umožňující technologii„ nad 3-D tisk výroby “pro řízení materiálů v mnohem menších měřítcích a s větší rozmanitostí materiálu a navrhováním a navrženým kompozicí.
Materiály poskytované Národní laboratoří Doe/Brookhaven. Poznámka: Obsah může být upraven pro styl a délku.
Získejte nejnovější vědecké zprávy s e -mailovými zpravodajemi ScienceDaily zdarma, aktualizované denně a týdně. Nebo si prohlédněte hodinové aktualizované noviny ve vašem čtečce RSS:
Řekněte nám, co si myslíte o ScienceDaily - vítáme pozitivní i negativní komentáře. Máte nějaké problémy s používáním webu? Otázky?
Čas příspěvku: Jan-14-2020