Zinātnieki ir izstrādājuši platformu nanosizētu materiālu komponentu vai "nanoobjektu" montāžai ļoti dažādu veidu-neorganisku vai organisku-vēlamajās trīsdimensiju struktūrās. Lai arī pašmontāža (SA) ir veiksmīgi izmantota vairāku veidu nanomateriālu organizēšanai, process ir bijis ārkārtīgi specifisks sistēmai, radot dažādas struktūras, pamatojoties uz materiālu raksturīgajām īpašībām. Kā ziņots rakstā, kas šodien publicēts dabas materiālos, to jauno DNS programmējamo nanofabrikācijas platformu var izmantot, lai organizētu dažādus trīsdimensiju materiālus tādos pašos noteiktos veidos nanoskalā (metra miljardi), kur rodas unikāla optiskā, ķīmiskā un cita īpašība.
"Viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc SA nav praktisku pielietojumu izvēles paņēmiens, ir tas, ka to pašu SA procesu nevar piemērot plašā klāstā, lai izveidotu identiskus trīsdimensiju sakārtotus blokus no dažādiem nanokomponentiem," skaidroja atbilstošais autors Oļegs Gang, mīksto un bio nanomateriālu grupa, kas atrodas Funkcionālā nanomateriālu centrā (CFN)-ASV nodaļa (DARE MORE) Nanomateriālu facionali (CFN)-ASV nodaļa (DARE FORMICENTAL NOCETIFATERIĀLITĀTĀJU PAMATORITĀTĀJU PAKALPERIĀLITĀJU PAMATORITĀTĀJA (CFN)-ASV nodaļa (DARE MORE). Nacionālā laboratorija un ķīmiskās inženierijas un lietišķās fizikas un materiālu zinātnes profesors Kolumbijas inženierijā. "Šeit mēs atsakāmies no SA procesa no materiāla īpašībām, izstrādājot stingrus daudzskaldņu DNS rāmjus, kas var iekapsulēt dažādus neorganiskus vai organiskus nanoobjektus, ieskaitot metālus, pusvadītājus un pat olbaltumvielas un fermentus."
Zinātnieki izstrādāja sintētiskus DNS rāmjus kuba, oktaedra un tetraedra formā. Rāmju iekšpusē ir DNS "ieroči", ar kuriem var saistīties tikai nanoobjekti ar komplementāro DNS secību. Šie materiālie vokseļi-DNS rāmja un nanoobjekta integrācija-ir celtniecības bloki, no kuriem var izgatavot makroskalas trīsdimensiju struktūras. Rāmji savienojas viens ar otru neatkarīgi no tā, kāda veida nanoobjekts ir iekšpusē (vai nē) atbilstoši papildinošajām sekvencēm, ar kurām viņi ir kodēti viņu virsotnēs. Atkarībā no to formas rāmjiem ir atšķirīgs virsotņu skaits un tādējādi veidojas pilnīgi atšķirīgas struktūras. Jebkuri nano objekti, kas mitināti rāmju iekšpusē, iegūst šo konkrēto rāmja struktūru.
Lai demonstrētu to montāžas pieeju, zinātnieki izvēlējās metāliskas (zelta) un pusvadīšanas (kadmija selenīdu) nanodaļiņas un baktēriju olbaltumvielu (streptavidīnu) kā neorganiskos un organiskos nanoobjektus, kas jāievieto DNS rāmjos. Pirmkārt, viņi apstiprināja DNS rāmju integritāti un materiālu vokseļu veidošanos, attēlveidojot ar elektronu mikroskopiem CFN elektronu mikroskopijas objektā un Van Andel institūtā, kurai ir instrumentu komplekts, kas bioloģiskiem paraugiem darbojas kriogēnā temperatūrā. Pēc tam viņi pārbaudīja trīsdimensiju režģu struktūras pie koherentās cietā rentgena izkliedes un sarežģīto materiālu, kas izkliedē nacionālā sinhrotrona gaismas avota II (NSLS-II), kas ir vēl viens Brookhaven laboratorijas birojs DOE Zinātnes birojs. Kolumbijas inženierzinātnes Byhovsky ķīmiskās inženierijas profesors Sanat Kumar un viņa grupa veica skaitļošanas modelēšanu, atklājot, ka eksperimentāli novērotās režģa struktūras (pamatojoties uz rentgenstaru izkliedes modeļiem) bija visstabilākās termodinamiski stabilās, ko varēja veidot materiāli vokseļi.
"Šie materiālie vokseļi ļauj mums sākt izmantot idejas, kas iegūtas no atomiem (un molekulām), un to veidotajiem kristāliem, un pārnestu šīs plašās zināšanas un datu bāzi, kas interesē nanoskalu," skaidroja Kumars.
Pēc tam Bandas studenti Kolumbijā parādīja, kā montāžas platformu var izmantot, lai vadītu divu dažādu veidu materiālu organizēšanu ar ķīmiskām un optiskām funkcijām. Vienā gadījumā viņi līdzapveidoja divus fermentus, izveidojot trīsdimensiju blokus ar augstu iepakojuma blīvumu. Lai arī fermenti palika ķīmiski nemainīgi, tie uzrādīja apmēram četrkārtīgu fermentatīvās aktivitātes palielināšanos. Šos "nanoreaktorus" varētu izmantot, lai manipulētu ar kaskādes reakcijām un ļautu izgatavot ķīmiski aktīvus materiālus. Optiskā materiāla demonstrācijai viņi sajauc divas dažādas kvantu punktu krāsas - sīkus nanokristālus, kas tiek izmantoti televīzijas displeju izgatavošanai ar augstu krāsu piesātinājumu un spilgtumu. Attēli, kas uzņemti ar fluorescences mikroskopu, parādīja, ka veidotais režģis saglabāja krāsu tīrību zem gaismas difrakcijas robežas (viļņa garuma); Šis īpašums varētu ļaut ievērojamu izšķirtspēju uzlabot dažādās displeja un optiskās komunikācijas tehnoloģijās.
"Mums ir jāpārdomā, kā var veidoties materiāli un kā tie darbojas," sacīja Banda. "Materiālu pārveidošana var nebūt nepieciešama; vienkārši iesaiņot esošos materiālus jaunos veidos varētu uzlabot to īpašības. Potenciāli mūsu platforma varētu būt labvēlīga tehnoloģija" ārpus trīsdimensiju drukāšanas ražošanas ", lai kontrolētu materiālus daudz mazākos mērogos un ar lielāku materiālu dažādību un izstrādātiem kompozīcijām. Tādu pašu pieeju, lai veidotu 3-D latieļus no vēlamiem nanoobjektiem dažādiem materiāliem.
Materiāli, ko nodrošina DOE/Brukhavenas Nacionālā laboratorija. Piezīme: Saturu var rediģēt stilam un garumam.
Iegūstiet jaunākās zinātnes ziņas ar ScienceDaily bezmaksas e -pasta biļeteniem, atjaunināti katru dienu un katru nedēļu. Vai skatiet stundu atjauninātas ziņu plūsmas savā RSS lasītājā:
Pastāstiet mums, ko jūs domājat par ScienceDaily - mēs atzinīgi vērtējam gan pozitīvus, gan negatīvus komentārus. Vai vietnes izmantošanai ir kādas problēmas? Jautājumi?
Pasta laiks: janvāris-14-2020