વૈજ્ઞાનિકોએ નેનોસાઇઝ્ડ મટીરીયલ કમ્પોનન્ટ્સ અથવા "નેનો-ઓબ્જેક્ટ્સ" ને ખૂબ જ અલગ-અલગ પ્રકારના -- અકાર્બનિક અથવા ઓર્ગેનિક -- ઇચ્છિત 3-ડી સ્ટ્રક્ચર્સમાં એસેમ્બલ કરવા માટે એક પ્લેટફોર્મ વિકસાવ્યું છે. જોકે સેલ્ફ-એસેમ્બલી (SA) નો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ અનેક પ્રકારના નેનોમટેરિયલ્સનું આયોજન કરવા માટે કરવામાં આવ્યો છે, પણ પ્રક્રિયા અત્યંત સિસ્ટમ-વિશિષ્ટ રહી છે, જે સામગ્રીના આંતરિક ગુણધર્મોના આધારે વિવિધ માળખાઓનું નિર્માણ કરે છે. નેચર મટિરિયલ્સમાં આજે પ્રકાશિત થયેલા એક પેપરમાં જણાવ્યા મુજબ, તેમના નવા ડીએનએ-પ્રોગ્રામેબલ નેનોફેબ્રિકેશન પ્લેટફોર્મને નેનોસ્કેલ (એક મીટરનો અબજો ભાગ) પર સમાન નિર્ધારિત રીતે વિવિધ 3-ડી સામગ્રી ગોઠવવા માટે લાગુ કરી શકાય છે, જ્યાં અનન્ય ઓપ્ટિકલ, કેમિકલ. , અને અન્ય ગુણધર્મો બહાર આવે છે.
"વ્યાવહારિક એપ્લિકેશનો માટે SA એ પસંદગીની તકનીક ન હોવાના મુખ્ય કારણો પૈકી એક એ છે કે સમાન SA પ્રક્રિયા વિવિધ નેનોકોમ્પોનન્ટ્સમાંથી સમાન 3-D ઓર્ડર્ડ એરે બનાવવા માટે સામગ્રીની વિશાળ શ્રેણીમાં લાગુ કરી શકાતી નથી," અનુરૂપ લેખક ઓલેગ ગેંગ સમજાવે છે. , સેન્ટર ફોર ફંક્શનલ નેનોમેટિરિયલ્સ (CFN) ખાતે સોફ્ટ અને બાયો નેનોમટીરિયલ્સ ગ્રૂપના નેતા -- યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી (DOE) બ્રૂકહેવન નેશનલ લેબોરેટરી ખાતે સાયન્સ યુઝર ફેસિલિટીનું કાર્યાલય -- અને કોલંબિયા એન્જિનિયરિંગમાં કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ અને એપ્લાઇડ ફિઝિક્સ એન્ડ મટિરિયલ્સ સાયન્સના પ્રોફેસર. "અહીં, અમે સખત પોલિહેડ્રલ ડીએનએ ફ્રેમ્સ ડિઝાઇન કરીને ભૌતિક ગુણધર્મોમાંથી SA પ્રક્રિયાને અલગ કરી છે જે વિવિધ અકાર્બનિક અથવા કાર્બનિક નેનો-ઓબ્જેક્ટ્સને સમાવી શકે છે, જેમાં ધાતુઓ, સેમિકન્ડક્ટર્સ અને પ્રોટીન અને ઉત્સેચકોનો પણ સમાવેશ થાય છે."
વૈજ્ઞાનિકોએ ક્યુબ, ઓક્ટાહેડ્રોન અને ટેટ્રાહેડ્રોનના આકારમાં સિન્થેટિક ડીએનએ ફ્રેમ્સનું એન્જિનિયરિંગ કર્યું. ફ્રેમની અંદર ડીએનએ "આર્મ્સ" છે જે પૂરક ડીએનએ ક્રમ સાથે માત્ર નેનો-ઓબ્જેક્ટ્સ સાથે જોડાઈ શકે છે. આ મટીરીયલ વોક્સેલ્સ -- ડીએનએ ફ્રેમ અને નેનો-ઓબ્જેક્ટનું એકીકરણ -- એ બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ છે જેમાંથી મેક્રોસ્કેલ 3-ડી સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવી શકાય છે. તેમના શિરોબિંદુઓ પર એન્કોડ કરેલા પૂરક અનુક્રમો અનુસાર કેવા પ્રકારના નેનો-ઓબ્જેક્ટ અંદર (અથવા નહીં) છે તે ધ્યાનમાં લીધા વિના ફ્રેમ્સ એકબીજા સાથે જોડાય છે. તેમના આકારના આધારે, ફ્રેમમાં શિરોબિંદુઓની સંખ્યા અલગ હોય છે અને તેથી તે સંપૂર્ણપણે અલગ બંધારણ બનાવે છે. ફ્રેમની અંદર હોસ્ટ કરેલ કોઈપણ નેનો-ઓબ્જેક્ટ્સ તે ચોક્કસ ફ્રેમ સ્ટ્રક્ચર પર લે છે.
તેમના એસેમ્બલી અભિગમને દર્શાવવા માટે, વૈજ્ઞાનિકોએ ડીએનએ ફ્રેમની અંદર મૂકવા માટે અકાર્બનિક અને કાર્બનિક નેનો-ઓબ્જેક્ટ્સ તરીકે મેટાલિક (ગોલ્ડ) અને સેમિકન્ડક્ટિંગ (કેડમિયમ સેલેનાઇડ) નેનોપાર્ટિકલ્સ અને બેક્ટેરિયલ પ્રોટીન (સ્ટ્રેપ્ટાવિડિન) પસંદ કર્યા. પ્રથમ, તેઓએ CFN ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી ફેસિલિટી અને વેન એન્ડેલ ઈન્સ્ટિટ્યૂટમાં ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપ સાથે ઈમેજીંગ કરીને DNA ફ્રેમ્સની અખંડિતતા અને મટીરીયલ વોક્સેલ્સની રચનાની પુષ્ટિ કરી, જેમાં જૈવિક નમૂનાઓ માટે ક્રાયોજેનિક તાપમાને કામ કરતા સાધનોનો સમૂહ છે. ત્યારબાદ તેઓએ નેશનલ સિંક્રોટ્રોન લાઇટ સોર્સ II (NSLS-II) ની કોહેરન્ટ હાર્ડ એક્સ-રે સ્કેટરિંગ અને કોમ્પ્લેક્સ મટિરિયલ્સ સ્કેટરિંગ બીમલાઇન્સ ખાતે 3-D જાળી સ્ટ્રક્ચર્સની તપાસ કરી - બ્રુકહેવન લેબ ખાતે અન્ય DOE ઑફિસ ઑફ સાયન્સ યુઝર ફેસિલિટી. કોલંબિયા એન્જિનિયરિંગ બાયખોવ્સ્કી કેમિકલ એન્જિનિયરિંગના પ્રોફેસર સનત કુમાર અને તેમના જૂથે કોમ્પ્યુટેશનલ મોડેલિંગ કર્યું હતું જે દર્શાવે છે કે પ્રાયોગિક રીતે અવલોકન કરાયેલી જાળી રચનાઓ (એક્સ-રે સ્કેટરિંગ પેટર્ન પર આધારિત) સૌથી વધુ થર્મોડાયનેમિકલી સ્થિર હતી જે મટિરિયલ વોક્સેલ્સ બનાવી શકે છે.
"આ મટીરીયલ વોક્સેલ્સ અમને અણુઓ (અને પરમાણુઓ) અને તેઓ જે સ્ફટિકો બનાવે છે તેમાંથી મેળવેલા વિચારોનો ઉપયોગ કરવાનું શરૂ કરવા દે છે અને આ વિશાળ જ્ઞાન અને ડેટાબેઝને નેનોસ્કેલ પર રસ ધરાવતી સિસ્ટમમાં પોર્ટ કરે છે," કુમારે સમજાવ્યું.
કોલંબિયા ખાતે ગેંગના વિદ્યાર્થીઓએ પછી દર્શાવ્યું કે કેવી રીતે રાસાયણિક અને ઓપ્ટિકલ કાર્યો સાથે બે અલગ-અલગ પ્રકારની સામગ્રીના સંગઠનને ચલાવવા માટે એસેમ્બલી પ્લેટફોર્મનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. એક કિસ્સામાં, તેઓએ બે ઉત્સેચકો સહ-એસેમ્બલ કર્યા, ઉચ્ચ પેકિંગ ઘનતા સાથે 3-D એરે બનાવે છે. ઉત્સેચકો રાસાયણિક રીતે યથાવત રહ્યા હોવા છતાં, તેઓ એન્ઝાઈમેટિક પ્રવૃત્તિમાં લગભગ ચાર ગણો વધારો દર્શાવે છે. આ "નેનોરેક્ટર્સ" નો ઉપયોગ કાસ્કેડ પ્રતિક્રિયાઓને ચાલાકી કરવા અને રાસાયણિક રીતે સક્રિય પદાર્થોના બનાવટને સક્ષમ કરવા માટે થઈ શકે છે. ઓપ્ટિકલ સામગ્રીના નિદર્શન માટે, તેઓએ ક્વોન્ટમ બિંદુઓના બે જુદા જુદા રંગોને મિશ્રિત કર્યા - નાના નેનોક્રિસ્ટલ્સ જેનો ઉપયોગ ઉચ્ચ રંગ સંતૃપ્તિ અને તેજ સાથે ટેલિવિઝન ડિસ્પ્લે બનાવવા માટે કરવામાં આવે છે. ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપ વડે કેપ્ચર કરાયેલી છબીઓ દર્શાવે છે કે રચાયેલી જાળી પ્રકાશની વિવર્તન મર્યાદા (તરંગલંબાઇ) કરતાં ઓછી રંગની શુદ્ધતા જાળવી રાખે છે; આ ગુણધર્મ વિવિધ ડિસ્પ્લે અને ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન ટેકનોલોજીમાં નોંધપાત્ર રિઝોલ્યુશન સુધારણા માટે પરવાનગી આપી શકે છે.
"આપણે પુનઃવિચાર કરવાની જરૂર છે કે સામગ્રી કેવી રીતે રચી શકાય અને તે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે," ગેંગે કહ્યું. "સામગ્રીનું પુનઃડિઝાઈન જરૂરી ન હોઈ શકે; ફક્ત હાલની સામગ્રીને નવી રીતે પેકેજ કરવાથી તેમની મિલકતોમાં વધારો થઈ શકે છે. સંભવતઃ, અમારું પ્લેટફોર્મ '3-ડી પ્રિન્ટિંગ મેન્યુફેક્ચરિંગથી આગળ' એક સક્ષમ ટેક્નોલોજી હોઈ શકે છે જેથી તે ખૂબ નાના સ્કેલ પર અને વધુ સામગ્રીની વિવિધતા સાથે સામગ્રીને નિયંત્રિત કરી શકે. વિવિધ સામગ્રી વર્ગોના ઇચ્છિત નેનો-ઓબ્જેક્ટ્સમાંથી 3-ડી જાળી બનાવવા માટે સમાન અભિગમનો ઉપયોગ કરીને ડિઝાઇન કરેલી રચનાઓ. જે અન્યથા અસંગત ગણાશે તે નેનોમેન્યુફેક્ચરિંગમાં ક્રાંતિ લાવી શકે છે."
DOE/Brookhaven નેશનલ લેબોરેટરી દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવેલ સામગ્રી. નોંધ: શૈલી અને લંબાઈ માટે સામગ્રી સંપાદિત થઈ શકે છે.
સાયન્સડેઇલીના મફત ઇમેઇલ ન્યૂઝલેટર્સ સાથે નવીનતમ વિજ્ઞાન સમાચાર મેળવો, દરરોજ અને સાપ્તાહિક અપડેટ થાય છે. અથવા તમારા RSS રીડરમાં કલાકદીઠ અપડેટેડ ન્યૂઝફીડ જુઓ:
તમે ScienceDaily વિશે શું વિચારો છો તે અમને જણાવો -- અમે હકારાત્મક અને નકારાત્મક બંને ટિપ્પણીઓનું સ્વાગત કરીએ છીએ. સાઇટનો ઉપયોગ કરવામાં કોઈ સમસ્યા છે? પ્રશ્નો?
પોસ્ટ સમય: જાન્યુઆરી-14-2020