Mokslininkai sukūrė nanosizuotų medžiagų komponentų surinkimo platformą labai skirtingų tipų-neorganinių ar organinių-„nano-objektų“ į norimas 3-D struktūras. Nors savaime surinkimas (SA) sėkmingai buvo naudojamas organizuoti kelių rūšių nanomedžiagas, procesas buvo ypač būdingas sistemai, sukuriant skirtingas struktūras, pagrįstas vidinėmis medžiagų savybėmis. Kaip pranešama šiandien „Nature Materials“ paskelbtame dokumente, jų naujoji DNR programuojama nanofabrikacijos platforma gali būti pritaikyta įvairioms 3-D medžiagoms organizuoti tokiais pat nustatytais būdais nanoskale (milijardas metro), kur atsiranda unikalių optinių, cheminių ir kitų savybių.
„Viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl SA nėra pasirinkta praktinių pritaikymų technika, yra ta, kad to paties SA proceso negalima naudoti įvairiose medžiagose, kad būtų sukurtas identiškas 3-D užsakytas masyvus iš skirtingų nanokomponentų“,-aiškino atitinkamas autorius Olegas, „Soft and Bio Nanomaterials Group“ („Funkcinių nanomaterijų“ centras (CFN). Nacionalinė laboratorija - ir chemijos inžinerijos ir taikomosios fizikos ir medžiagų mokslo profesorius Kolumbijos inžinerijoje. "Čia mes atsiribojome SA procesą iš medžiagų savybių, suprojektuodami standžius poliedrinius DNR rėmus, kurie gali kapsuliuoti įvairius neorganinius ar organinius nano objektyvus, įskaitant metalus, puslaidininkius ir net baltymus bei fermentus."
Mokslininkai sukonstravo sintetinius DNR rėmus kubo, oktaedrono ir tetraedrono formoje. Rėmelių viduje yra DNR „rankos“, su kuriomis gali jungtis tik nano objektyviai su papildoma DNR seka. Šie medžiagos vokseliai-DNR rėmo ir nano-objekto integracija-yra statybiniai blokai, iš kurių galima sukurti makroskale 3-D konstrukcijas. Rėmai jungiasi vienas su kitu, nepaisant to, koks nano-objektas yra viduje (ar ne) pagal papildomas sekas, su kuriomis jie užkoduoti savo viršūnėse. Atsižvelgiant į jų formą, rėmuose yra skirtingas viršūnių skaičius ir taip sudaro visiškai skirtingas struktūras. Bet kokie nano objektyvai, turintys rėmelių viduje, užima tą konkrečią rėmo struktūrą.
Norėdami parodyti savo surinkimo metodą, mokslininkai atrinko metalinius (auksinius) ir puslaidininkius (kadmio selenido) nanodaleles ir bakterinį baltymą (streptavidiną) kaip neorganinius ir organinius nanovjectus, kurie bus dedami į DNR kadrus. Pirmiausia jie patvirtino DNR rėmų vientisumą ir medžiagų vokselių susidarymą vaizduojant elektronų mikroskopais CFN elektroninės mikroskopijos įrenginyje ir Van Andelio institute, kuriame yra instrumentų rinkinys, veikiantis kriogeninėse temperatūrose biologiniams mėginiams. Tada jie patikrino 3-D grotelių struktūras ties nuoseklios kietos rentgeno spinduliuotės sklaidos ir sudėtingų medžiagų sklaidos pluošto linijomis iš nacionalinio sinchrotrono šviesos šaltinio II (NSLS-II)-dar viena „Brookhaven Lab“ mokslo vartotojo objekto „DOE“ biuras. Kolumbijos inžinerija Bykhovsky Chemijos inžinerijos profesorius Sanat Kumar ir jo grupė atliko skaičiavimo modeliavimą, atskleidžiantį, kad eksperimentiškai stebimos gardelės struktūros (remiantis rentgeno spindulių sklaidos modeliais) buvo termodinamiškai stabilios, kurias galėjo susidaryti medžiagos vokseliai.
"Šie medžiagos vokseliai leidžia mums pradėti naudoti idėjas, gautas iš atomų (ir molekulių) ir kristalų, kuriuos jie formuoja, ir perkelia šias didžiules žinias ir duomenų bazę į dominančias sistemas nanoskale", - aiškino Kumaras.
Tada gaujos studentai Kolumbijoje pademonstravo, kaip surinkimo platforma galėtų būti panaudota dviejų skirtingų rūšių medžiagų, turinčių chemines ir optines funkcijas, organizavimą. Vienu atveju jie kartu surinko du fermentus, sukurdami 3-D masyvus su dideliu pakavimo tankiu. Nors fermentai liko chemiškai nepakitę, jie parodė apie keturis kartus padidėjusį fermentinio aktyvumo padidėjimą. Šie „nanoreaktoriai“ galėtų būti naudojami manipuliuoti kaskados reakcijomis ir sudaryti sąlygas gaminti chemiškai aktyvias medžiagas. Optinės medžiagos demonstracijai jie sumaišė dvi skirtingas kvantinių taškų spalvas - mažus nanokristalus, kurie naudojami televizijos ekranams gaminti su aukštos spalvos prisotinimu ir ryškumu. Vaizdai, užfiksuoti fluorescenciniu mikroskopu, parodė, kad suformuota gardelė palaikė spalvų grynumą žemiau šviesos difrakcijos ribos (bangos ilgio); Ši savybė galėtų leisti žymiai patobulinti įvairias ekrano ir optinių ryšių technologijas.
„Turime pergalvoti, kaip galima formuoti medžiagas ir kaip jos veikia“, - sakė Gang. "Medžiagos pertvarkymas gali būti nereikalingas; tiesiog supakuoti esamas medžiagas naujais būdais galėtų sustiprinti jų savybes. Gali būti, kad mūsų platforma gali būti įgalinanti technologija", ne tik 3-D spausdinimo gamyba ", kad būtų galima valdyti medžiagas daug mažesnėmis masteliais ir su didesne medžiagų veisle ir suprojektuota kompozicija.
Medžiagos, kurias pateikė DOE/Brookhaven nacionalinė laboratorija. Pastaba: turinys gali būti redaguojamas atsižvelgiant į stilių ir ilgį.
Gaukite naujausias mokslo naujienas naudodamiesi nemokamais „Science Maiily“ el. Pašto informaciniais biuleteniais, atnaujintais kasdien ir kas savaitę. Arba peržiūrėkite valandą atnaujintus naujienų kanalus savo RSS skaitytuve:
Papasakokite, ką manote apie „ScienceDaily“ - džiaugiamės ir teigiamais, ir neigiamais komentarais. Ar turite problemų naudojant svetainę? Klausimai?
Pašto laikas: 2010 m. Sausio 14 d