Sciencistoj evoluigis platformon por kunmeti nanograndajn materialajn komponentojn, aŭ "nano-objektojn", de tre malsamaj tipoj -- neorganikaj aŭ organikaj -- en deziratajn 3-D strukturojn. Kvankam mem-kunigo (SA) estis sukcese uzita por organizi nanomaterialojn de pluraj specoj, la procezo estis ekstreme sistem-specifa, generante malsamajn strukturojn bazitajn sur la internaj trajtoj de la materialoj. Kiel raportite en artikolo publikigita hodiaŭ en Nature Materials, ilia nova DNA-programebla nanofabrikada platformo povas esti aplikata por organizi diversajn 3-D-materialojn en la samaj preskribitaj manieroj je la nanoskala (miliononoj de metro), kie unika optika, kemia. , kaj aliaj ecoj aperas.
"Unu el la ĉefaj kialoj, kial SA ne estas elektebla tekniko por praktikaj aplikoj, estas, ke la sama SA-procezo ne povas esti aplikata tra larĝa gamo de materialoj por krei identajn 3-D ordigitajn tabelojn de malsamaj nanokomponentoj," klarigis responda aŭtoro Oleg Gang. , gvidanto de la Molaj kaj Bio-Nanomaterialoj-Grupo ĉe la Centro por Funkciaj Nanomaterialoj (CFN) -- Oficejo pri Scienca Uzanto-Instalaĵo de Usona Sekcio de Energio (DOE) ĉe Brookhaven Nacia Laboratorio -- kaj profesoro pri Kemia Inĝenierado kaj pri Aplikata Fiziko kaj Materiala Scienco ĉe Columbia Engineering. "Ĉi tie, ni malkunligis la SA-procezon de materialaj propraĵoj dezajnante rigidajn pluredrajn DNA-kadrojn, kiuj povas enkapsuligi diversajn neorganikajn aŭ organikajn nano-objektojn, inkluzive de metaloj, duonkonduktaĵoj, kaj eĉ proteinoj kaj enzimoj."
La sciencistoj realigis sintezajn DNA-kadrojn en la formo de kubo, okedro kaj kvaredro. Ene de la kadroj estas DNA- "brakoj" al kiuj nur nano-objektoj kun la komplementa DNA-sekvenco povas ligi al. Ĉi tiuj materialaj vokseloj -- la integriĝo de la DNA-kadro kaj nano-objekto -- estas la konstrubriketoj el kiuj makroskalaj 3-D strukturoj povas esti faritaj. La kadroj ligas unu al la alia sendepende de kia nano-objekto estas ene (aŭ ne) laŭ la komplementaj sekvencoj kun kiuj ili estas ĉifritaj ĉe siaj verticoj. Depende de sia formo, kadroj havas malsaman nombron da verticoj kaj tiel formas tute malsamajn strukturojn. Ĉiuj nano-objektoj gastigitaj ene de la kadroj akceptas tiun specifan framstrukturon.
Por pruvi ilian kunigan aliron, la sciencistoj elektis metalajn (oro) kaj duonkonduktajn (kadmioselenido) nanopartiklojn kaj bakterian proteinon (streptavidin) kiel la neorganikaj kaj organikaj nano-objektoj por esti metitaj ene de la DNA-kadroj. Unue, ili konfirmis la integrecon de la DNA-kadroj kaj formadon de materialaj vokseloj per bildigo per elektronaj mikroskopoj ĉe la CFN Electron Microscopy Facility kaj la Van Andel Institute, kiu havas serion de instrumentoj kiuj funkcias ĉe kriogenaj temperaturoj por biologiaj provaĵoj. Ili tiam esploris la 3-D kradajn strukturojn ĉe la lumlinioj de Kohera Malmola X-radia Disvastigo kaj Kompleksaj Materialoj Disvastaj de la Nacia Sinkrotrona Lumo-Fonto II (NSLS-II) -- alia Oficejo de Scienca Uzanto de DOE ĉe Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky Profesoro de Kemia Inĝenierado Sanat Kumar kaj lia grupo elfaris komputilan modeligadon rivelante ke la eksperimente observitaj kradstrukturoj (surbaze de la rentgen-disvastpadronoj) estis la plej termodinamike stabilaj kiujn la materialaj vokseloj povis formi.
"Ĉi tiuj materialaj vokseloj permesas al ni komenci uzi ideojn derivitajn de atomoj (kaj molekuloj) kaj la kristaloj kiujn ili formas, kaj porti ĉi tiun vastan scion kaj datumbazon al sistemoj de intereso ĉe la nanoskala," klarigis Kumar.
La studentoj de Gang ĉe Columbia tiam montris kiel la kunigplatformo povus esti uzita por movi la organizon de du malsamaj specoj de materialoj kun kemiaj kaj optikaj funkcioj. En unu kazo, ili kunmuntis du enzimojn, kreante 3-D tabelojn kun alta paka denseco. Kvankam la enzimoj restis kemie senŝanĝaj, ili montris proksimume kvaroblan pliiĝon en enzima agado. Tiuj "nanoreaktoroj" povus esti uzitaj por manipuli kaskadajn reagojn kaj ebligi la fabrikadon de kemie aktivaj materialoj. Por la optika materiala pruvo, ili miksis du malsamajn kolorojn de kvantumpunktoj -- etaj nanokristaloj, kiuj estas uzataj por fari televidajn ekranojn kun alta kolorsaturiĝo kaj brileco. Bildoj kaptitaj per fluoreskecmikroskopo montris ke la formita krado konservis kolorpurecon sub la difraktolimo (ondolongo) de lumo; ĉi tiu posedaĵo povus permesi signifan rezolucian plibonigon en diversaj ekranaj kaj optikaj komunikadoteknologioj.
"Ni devas repripensi kiel materialoj povas esti formitaj kaj kiel ili funkcias," diris Gang. "Materia redezajno eble ne estas necesa; simple paki ekzistantajn materialojn en novaj manieroj povus plibonigi iliajn trajtojn. Eble, nia platformo povus esti ebliga teknologio "preter 3-D-presa fabrikado" por kontroli materialojn je multe pli malgrandaj skaloj kaj kun pli granda materiala vario kaj dezajnitaj kunmetaĵoj Uzi la saman aliron por formi 3-D kradojn de dezirataj nanobjektoj de malsamaj materialaj klasoj, integrante tiujn kiuj alie estus konsideritaj malkongruaj, povus. revoluciu nanoproduktadon."
Materialoj provizitaj de DOE/Brookhaven Nacia Laboratorio. Noto: Enhavo povas esti redaktita por stilo kaj longeco.
Ricevu la plej novajn sciencajn novaĵojn per la senpagaj retpoŝtaj informiloj de ScienceDaily, ĝisdatigitaj ĉiutage kaj ĉiusemajne. Aŭ rigardu ĉiuhore ĝisdatigitajn novaĵojn en via RSS-leganto:
Diru al ni, kion vi pensas pri ScienceDaily -- ni bonvenigas kaj pozitivajn kaj negativajn komentojn. Ĉu vi havas problemojn uzante la retejon? Ĉu demandoj?
Afiŝtempo: Jan-14-2020