Mae gwyddonwyr wedi datblygu platfform ar gyfer cydosod cydrannau deunydd nanosized, neu "nano-wrthrychau," o fathau gwahanol iawn-anorganig neu organig-i'r strwythurau 3-D a ddymunir. Er bod hunan-ymgynnull (SA) wedi cael ei ddefnyddio'n llwyddiannus i drefnu nanoddefnyddiau o sawl math, mae'r broses wedi bod yn hynod benodol i system, gan gynhyrchu gwahanol strwythurau yn seiliedig ar briodweddau cynhenid y deunyddiau. Fel yr adroddwyd mewn papur a gyhoeddwyd heddiw yn Nature Materials, gellir cymhwyso eu platfform nanofabrication newydd y gellir ei raglennu gan DNA i drefnu amrywiaeth o ddeunyddiau 3-D yn yr un ffyrdd rhagnodedig yn y nanoscale (biliwn o fetr), lle mae optegol unigryw, cemegol a phriodweddau eraill yn dod i'r amlwg.
"Un o'r prif resymau pam nad yw SA yn dechneg o ddewis ar gyfer cymwysiadau ymarferol yw na ellir cymhwyso'r un broses SA ar draws ystod eang o ddeunyddiau i greu araeau gorchymyn 3-D union yr un fath o wahanol nanogomenni," esboniodd yr awdur cyfatebol Oleg Gang, arweinydd y Gwyddorau SWYAF ACTECTIANTS (DOETECATERAILS A THE SWYDDOGAETH CANOLFAN-Canolfan Ganolfan Ganolfan (Doe Nanomaterials (Doe Nanomaterials ( Labordy Cenedlaethol Brookhaven - ac athro peirianneg gemegol a ffiseg gymhwysol a gwyddoniaeth deunyddiau yn Columbia Engineering. "Yma, fe wnaethon ni ddatgysylltu'r broses SA o briodweddau materol trwy ddylunio fframiau DNA polyhedral anhyblyg a all grynhoi amrywiol wrthrychau anorganig neu organig, gan gynnwys metelau, lled-ddargludyddion, a hyd yn oed proteinau ac ensymau."
Peiriannodd y gwyddonwyr fframiau DNA synthetig ar ffurf ciwb, octahedron, a tetrahedron. Y tu mewn i'r fframiau mae "breichiau" DNA, dim ond nano-wrthrychau gyda'r dilyniant DNA cyflenwol all rwymo iddo. Y voxels deunydd hyn-integreiddiad y ffrâm DNA a'r nano-wrthrych-yw'r blociau adeiladu y gellir gwneud strwythurau macroscale 3-D ohonynt. Mae'r fframiau'n cysylltu â'i gilydd waeth pa fath o nano-wrthrych sydd y tu mewn (neu beidio) yn ôl y dilyniannau cyflenwol y maent wedi'u hamgodio â nhw ar eu fertigau. Yn dibynnu ar eu siâp, mae gan fframiau nifer wahanol o fertigau ac felly maent yn ffurfio strwythurau hollol wahanol. Mae unrhyw nano-wrthrychau a gynhelir y tu mewn i'r fframiau yn cymryd y strwythur ffrâm penodol hwnnw.
Er mwyn dangos eu dull cynulliad, dewisodd y gwyddonwyr nanopartynnau metelaidd (aur) a lled-ddargludol (cadmium selenide) a phrotein bacteriol (streptavidin) fel y nano-wrthrychau anorganig ac organig i gael eu gosod y tu mewn i'r fframiau DNA. Yn gyntaf, fe wnaethant gadarnhau cyfanrwydd y fframiau DNA a ffurfio voxels materol trwy ddelweddu â microsgopau electron yn y cyfleuster microsgopeg electron CFN a Sefydliad Van Andel, sydd â chyfres o offerynnau sy'n gweithredu ar dymheredd cryogenig ar gyfer samplau biolegol. Yna fe wnaethant archwilio'r strwythurau dellt 3-D yn y gwasgariad pelydr-X caled cydlynol a deunyddiau cymhleth sy'n gwasgaru trawstiau'r golau synchrotron cenedlaethol Ffynhonnell II (NSLS-II)-cyfleuster defnyddwyr gwyddoniaeth DOE arall yn Brookhaven Lab. Peirianneg Columbia Bykhovsky Perfformiodd Athro Peirianneg Gemegol Sanat Kumar a'i grŵp fodelu cyfrifiadol gan ddatgelu mai'r strwythurau dellt a arsylwyd yn arbrofol (yn seiliedig ar y patrymau gwasgaru pelydr-X) oedd y rhai mwyaf thermodynameg sefydlog y gallai'r lleisiau deunydd eu ffurfio.
"Mae'r voxels deunydd hyn yn caniatáu inni ddechrau defnyddio syniadau sy'n deillio o atomau (a moleciwlau) a'r crisialau y maent yn eu ffurfio, a phorthi'r wybodaeth a'r gronfa ddata helaeth hon i systemau o ddiddordeb yn y nanoscale," esboniodd Kumar.
Yna dangosodd myfyrwyr Gang yn Columbia sut y gellid defnyddio'r platfform ymgynnull i yrru trefniadaeth dau fath gwahanol o ddeunyddiau â swyddogaethau cemegol ac optegol. Mewn un achos, fe wnaethant gydosod dau ensym, gan greu araeau 3-D gyda dwysedd pacio uchel. Er bod yr ensymau wedi aros yn ddigyfnewid yn gemegol, fe wnaethant ddangos tua chynnydd pedwarplyg mewn gweithgaredd ensymatig. Gellid defnyddio'r "nanoreactors" hyn i drin adweithiau rhaeadru a galluogi saernïo deunyddiau gweithredol yn gemegol. Ar gyfer yr arddangosiad deunydd optegol, fe wnaethant gymysgu dau liw gwahanol o ddotiau cwantwm - nanocrystalau bach sy'n cael eu defnyddio i wneud arddangosfeydd teledu gyda dirlawnder a disgleirdeb lliw uchel. Dangosodd delweddau a ddaliwyd gyda microsgop fflwroleuedd fod y dellt ffurfiedig yn cynnal purdeb lliw o dan y terfyn diffreithiant (tonfedd) golau; Gallai'r eiddo hwn ganiatáu gwella datrysiad sylweddol mewn amrywiol dechnolegau cyfathrebu arddangos a optegol.
"Mae angen i ni ailfeddwl sut y gellir ffurfio deunyddiau a sut maen nhw'n gweithredu," meddai Gang. "Efallai na fydd angen ailgynllunio deunydd yn syml, gallai pecynnu deunyddiau presennol mewn ffyrdd newydd wella eu heiddo. O bosibl, gallai ein platfform fod yn dechnoleg alluogi 'y tu hwnt i weithgynhyrchu argraffu 3-D' i reoli deunyddiau ar raddfeydd llawer llai a gyda mwy o amrywiaeth berthnasol a chyfansoddiadau wedi'u cynllunio. Gan ddefnyddio'r un dull i ffurfio'r rhai a fyddai'n cael eu hystyried yn ddiarddel, yn gallu cael eu hystyried yn ddieithriaid, yn gallu integreiddio, yn gallu integreiddio'r rhai sy'n cael eu hystyried yn ddieithriad, yn integreiddio, yn integreiddio. Nanomanufacturing. "
Deunyddiau a ddarperir gan Labordy Cenedlaethol DOE/Brookhaven. Nodyn: Gellir golygu cynnwys ar gyfer arddull a hyd.
Sicrhewch y newyddion gwyddoniaeth diweddaraf gyda chylchlythyrau e -bost am ddim ScienceDaily, wedi'u diweddaru bob dydd ac yn wythnosol. Neu edrych ar borthwyr newyddion wedi'u diweddaru bob awr yn eich darllenydd RSS:
Dywedwch wrthym beth yw eich barn am ScienceDaily - rydym yn croesawu sylwadau cadarnhaol a negyddol. Oes gennych chi unrhyw broblemau gan ddefnyddio'r wefan? Cwestiynau?
Amser Post: Ion-14-2020