Teadlased on välja töötanud platvormi väga erinevat tüüpi-anorgaaniliste või orgaaniliste-väga erinevat tüüpi nanoobjektide või "nanoobjektide" kokkupaneku platvormi soovitud 3D-struktuurideks. Ehkki iseseisev (SA) on edukalt kasutatud mitmesuguste nanomaterjalide korraldamiseks, on see protsess olnud äärmiselt süsteemispetsiifiline, genereerides erinevaid struktuure, mis põhinevad materjalide sisemistel omadustel. Nagu on teatatud tänapäeval loodusmaterjalides avaldatud artiklis, saab nende uut DNA-programmeeritavat nanofabriiliplatvormi kasutada mitmesuguste 3D-materjalide korraldamiseks samadel 3D-materjalidel nanomõõtmetes (miljardit meetrit), kus ilmnevad ainulaadsed optilised, keemilised ja muud omadused.
"Üks peamisi põhjuseid, miks SA ei ole praktiliste rakenduste jaoks valitud tehnika, on see, et sama SA protsessi ei saa rakendada laias valikus materjalides, et luua erinevatest nanokomponentidest identseid 3D-tellitud massiivid," selgitas vastav autor Oleg Gang, Fonktsionaalse nanomoomike kesklinnas asuva pehmete ja bio nanomaterjalide rühma pehmete ja bio nanomaterjalide rühm. Riiklik labor - ning Columbia Engineering keemiatehnika ning rakendusfüüsika ja materjaliteaduse professor. "Siin lahutasime SA-protsessi materjali omadustest, kavandades jäikade polüeedraalsete DNA-kaadrid, mis võivad kapseldada mitmesuguseid anorgaanilisi või orgaanilisi nanoobjekte, sealhulgas metalle, pooljuhte ning isegi valke ja ensüüme."
Teadlased konstrueerisid sünteetilisi DNA kaadreid kuubi, oktaedi ja tetraeedri kujuga. Raamide sees on DNA "käed", millega võivad seonduda ainult täiendava DNA järjestusega nano-objektid. Need materiaalsed vokslid-DNA raami ja nano-objekti integreerimine-on ehitusplokid, millest saab teha makroskaala 3D-struktuure. Raamid ühendavad üksteisega sõltumata sellest, milline nano-objekt on sees (või mitte) vastavalt täiendavatele järjestustele, millega nad oma tippudel kodeerivad. Sõltuvalt nende kujust on raamidel erinev tipud ja seega moodustavad täiesti erinevad struktuurid. Kõik raamide sees hostitud nanoobjektid võtavad selle konkreetse kaadri struktuuri.
Oma kokkupaneku lähenemisviisi demonstreerimiseks valisid teadlased anorgaaniliste ja orgaaniliste nanoobjektidena DNA-kaadrisse paigutavate anorgaaniliste ja orgaaniliste nanoobjektidena metallilise (kuld) ja pooljuht (kaadmiumseliseid) nanoosakesed ja baktervalk (streptavidiin). Esiteks kinnitasid nad DNA raamide terviklikkust ja materiaalsete vokslite moodustumist, pildistades elektronmikroskoopidega CFN -i elektronmikroskoopia rajatises ja Van Andeli instituudis, millel on instrumentide komplekt, mis töötavad bioloogiliste proovide krüogeensete temperatuuride ajal. Seejärel sondeerisid nad 3D-võrestruktuure sidus kõva röntgenikiirguse hajumise ja keerukate materjalide hajutamisvalgustusega riikliku Synchrotron Light Source II (NSLS-II)-Brookhaveni labori veel üks teaduse kasutajarajatise DOE teaduse kasutajarajatis. Columbia Engineering Bykhovsky keemiatehnika professor Sanat Kumar ja tema rühm viisid läbi arvutusliku modelleerimise, mis näitas, et eksperimentaalselt täheldatud võre struktuurid (põhinevad röntgenkiirguse hajumise mustritel) olid kõige termodünaamiliselt stabiilsemad, mida materiaalsed vokslid võisid moodustada.
"Need materiaalsed vokslid võimaldavad meil hakata kasutama aatomitest (ja molekulidest) ja nende moodustatavatest kristallidest tulenevaid ideid ning portige seda tohutut teadmist ja andmebaasi Nanoskaalal huvipakkuvatesse süsteemidesse," selgitas Kumar.
Seejärel näitasid Columbia jõugu õpilased, kuidas saaks montaažiplatvormi kasutada kahe erinevat tüüpi materjali korraldamiseks keemiliste ja optiliste funktsioonidega. Ühel juhul koostasid nad kaks ensüümi, luues 3D-massiive, millel oli kõrge pakkimistihedus. Kuigi ensüümid jäid keemiliselt muutumatuks, näitasid nad ensümaatilise aktiivsuse suurenemist umbes neljakordselt. Neid "nanoreaktoreid" saaks kasutada kaskaadireaktsioonide manipuleerimiseks ja keemiliselt aktiivsete materjalide valmistamiseks. Optilise materjali demonstreerimiseks segasid nad kvantpunktide kahte erinevat värvi - pisikesi nanokristalle, mida kasutatakse televiisori kuvade valmistamiseks, millel on kõrge värviküsitlus ja heledus. Fluorestsentsmikroskoobiga jäädvustatud pildid näitasid, et moodustunud võre säilitas värvipuhuse valguse difraktsiooni piiri (lainepikkus) all; See omadus võiks võimaldada olulist eraldusvõime parandamist erinevates kuvamis- ja optiliste kommunikatsioonide tehnoloogiates.
"Peame ümber mõtlema, kuidas materjale saab moodustada ja kuidas need toimivad," ütles Gang. "Materjali ümberkujundamine ei pruugi olla vajalik; lihtsalt olemasolevate materjalide pakendamine uutel viisidel võib nende omadusi suurendada. Võimalik, et meie platvorm võib olla võimaldatav tehnoloogia" peale 3D-printimise tootmise ", et juhtida materjale palju väiksematel skaaladel ning suurema materiaalse sordi ja kavandatud kompositsioonidega. Kasutades sama lähenemisviisi vormiks 3-D Lattsist, mida soovivad, võiksid need muuta, et need oleksid tekkinud,"
DOE/Brookhaveni riikliku laboratooriumi pakutavad materjalid. Märkus. Sisu võib stiili ja pikkuse jaoks redigeerida.
Hankige uusimaid teadusuudiseid ScienceDaily tasuta e -posti uudiskirjadega, mida värskendatakse iga päev ja iganädalaselt. Või vaadake oma RSS -lugejas tunnis värskendatud uudistevoogusid:
Rääkige meile, mida arvate ScienceDaily'st - me tervitame nii positiivseid kui ka negatiivseid kommentaare. Kas saidi kasutamisel on probleeme? Küsimused?
Postiaeg: 14. jaanuar-2020