과학자들은 나노 크기의 재료 성분을 조립하기위한 플랫폼을 개발하거나 매우 다른 유형 (무기 또는 유기)을 원하는 3D 구조로 조립했습니다. 자가 조립 (SA)이 여러 종류의 나노 물질을 구성하는 데 성공적으로 사용되었지만, 프로세스는 매우 시스템별로, 재료의 본질적인 특성에 기초하여 다른 구조를 생성했습니다. 오늘날 자연 재료에 발표 된 논문에보고 된 바와 같이, 새로운 DNA 프로그램 가능 나노 제재 플랫폼은 나노 스케일 (미터의 10 억 분의 10 배)에서 다양한 3D 재료를 구성하여 독특한 광학, 화학 물질 및 기타 특성이 등장 할 수 있습니다.
"실제 응용 프로그램을 선택하는 기술이 아닌 주요 이유 중 하나는 동일한 SA 프로세스가 다양한 나노 컴포넌트로부터 동일한 3D 순서 어레이를 만들기 위해 동일한 SA 프로세스를 적용 할 수 없기 때문입니다." 국립 실험실 - 컬럼비아 공학의 화학 공학 및 응용 물리 및 재료 과학 교수. "여기서, 우리는 금속, 반도체 및 단백질 및 효소를 포함하여 다양한 무기 또는 유기 나노 객체를 캡슐화 할 수있는 강성 다면체 DNA 프레임을 설계함으로써 재료 특성에서 SA 공정을 분리시켰다."
과학자들은 합성 DNA 프레임을 큐브, 팔면체 및 사면체 모양으로 설계했습니다. 프레임 내부에는 상보적인 DNA 서열이있는 나노 객체만이 결합 할 수있는 DNA "Arms"가 있습니다. DNA 프레임 및 나노 옥상의 통합 인이 물질 복셀은 거시적 3 차원 구조를 만들 수있는 빌딩 블록입니다. 프레임은 정점에서 인코딩 된 보완 시퀀스에 따라 어떤 종류의 나노 객체가 내부에 있는지에 관계없이 서로 연결됩니다. 모양에 따라 프레임은 다른 수의 정점을 가지므로 완전히 다른 구조를 형성합니다. 프레임 내부에서 호스팅 된 모든 나노 객체는 해당 특정 프레임 구조를 취합니다.
그들의 조립 접근법을 입증하기 위해, 과학자들은 금속성 (금) 및 반도체 (카드뮴 셀레 나이드) 나노 입자를 선택하고 박테리아 단백질 (스트렙 타비 딘)을 무기 및 유기 나노 객체로서 DNA 프레임 내부에 배치했습니다. 먼저, 그들은 CFN 전자 현미경 시설에서 전자 현미경으로 이미징에 의해 DNA 프레임의 완전성과 재료 복셀의 형성을 확인했다. 그런 다음 National Synchrotron Light Source II (NSLS-II)의 일관된 경질 X- 선 산란 및 복잡한 재료 산란 빔 라인 (Brookhaven Lab의 또 다른 DOE 과학 사용자 시설)에서 3D 격자 구조를 조사했습니다. Columbia Engineering Bykhovsky 화학 공학 교수 Sanat Kumar와 그의 그룹은 계산 모델링을 수행하여 실험적으로 관찰 된 격자 구조 (X- 선 산란 패턴에 기초 함)가 재료 복셀이 형성 할 수있는 가장 열역학적으로 안정적인 것임을 보여 주었다.
Kumar는“이 재료 복셀을 사용하면 원자 (및 분자)와 그들이 형성하는 결정에서 파생 된 아이디어를 사용할 수 있으며,이 광범위한 지식과 데이터베이스를 나노 스케일의 관심 시스템에 포팅 할 수 있습니다.
그런 다음 컬럼비아의 갱의 학생들은 어셈블리 플랫폼을 사용하여 화학 및 광학 기능을 갖춘 두 가지 종류의 재료를 구성하는 방법을 보여주었습니다. 어떤 경우에는 두 개의 효소를 공동 조립하여 높은 포장 밀도로 3D 어레이를 생성했습니다. 효소는 화학적으로 변하지 않았지만, 효소 활성의 4 배 증가에 대해서도 나타났습니다. 이 "나노 반응기"는 캐스케이드 반응을 조작하고 화학적으로 활성 재료의 제조를 가능하게하는 데 사용될 수 있습니다. 광학 재료 데모를 위해, 그들은 두 가지 색상의 양자점의 두 가지 색상을 혼합하여 텔레비전 디스플레이를 높은 색상의 채도와 밝기로 만드는 데 사용되는 작은 나노 결정을 혼합했습니다. 형광 현미경으로 캡처 된 이미지는 형성된 격자가 빛의 회절 한계 (파장) 미만의 색 순도를 유지한다는 것을 보여 주었다; 이 부동산은 다양한 디스플레이 및 광학 통신 기술에서 상당한 해상도 개선을 허용 할 수 있습니다.
Gang은“우리는 재료를 형성 할 수있는 방법과 작동 방식을 다시 생각해야합니다. "재료 재 설계가 필요하지 않을 수 있습니다. 단순히 기존 재료를 새로운 방식으로 포장하는 것은 그들의 특성을 향상시킬 수 있습니다. 잠재적으로, 우리의 플랫폼은 훨씬 작은 규모와 더 큰 재료의 다양성과 설계된 조성물로 재료를 제어하기위한 '3D 인쇄 제조'를 통해 '기술이 될 수 있습니다. 동일한 접근법을 사용하여 원하는 나노 흡주를 형성하는 것과 동일한 접근법을 사용하여 다른 재료를 통합 할 수 있습니다.
Doe/Brookhaven National Laboratory가 제공하는 자료. 참고 : 스타일과 길이에 대해 컨텐츠를 편집 할 수 있습니다.
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