Научниците развија платформа за склопување на нанозирани материјални компоненти, или „нано-предмети“, на многу различни типови-неоргански или органски-во посакуваните 3-Д структури. Иако само-склопувањето (СА) успешно се користи за организирање наноматеријали од неколку видови, процесот е исклучително специфичен за системот, генерирајќи различни структури засновани на внатрешните својства на материјалите. Како што е објавено во трудот објавен денес во природни материјали, нивната нова ДНК-програмибилна платформа за нанофабрика може да се примени за да се организираат различни 3-Д материјали на исти пропишани начини на нано-скалата (милијардити од метар), каде што се појавуваат уникатни оптички, хемиски и други својства.
"One of the major reasons why SA is not a technique of choice for practical applications is that the same SA process cannot be applied across a broad range of materials to create identical 3-D ordered arrays from different nanocomponents," explained corresponding author Oleg Gang, leader of the Soft and Bio Nanomaterials Group at the Center for Functional Nanomaterials (CFN) -- a US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility at Национална лабораторија Брукхавен - и професор по хемиски инженеринг и на применета физика и наука за материјали во Колумбија Инженеринг. „Тука, го раздвоивме процесот на СА од материјалните својства со дизајнирање на цврсти полиетални ДНК рамки кои можат да опфатат разни неоргански или органски нано-предмети, вклучувајќи метали, полупроводници, па дури и протеини и ензими“.
Научниците дизајнирале синтетички ДНК рамки во форма на коцка, октаедрон и тетраедрон. Во рамките на рамките се ДНК „раце“ што само нано-предметите со комплементарната ДНК секвенца можат да се врзуваат. Овие материјални воксели-интеграција на ДНК рамката и нано-предмет-се градежни блокови од кои може да се направат 3-Д структури на макрокалата. Рамките се поврзуваат едни со други без оглед на тоа каков вид нано-предмет е внатре (или не) според комплементарните секвенци со кои се кодираат на нивните темиња. Во зависност од нивната форма, рамките имаат различен број на темиња и со тоа формираат сосема различни структури. Сите нано-предмети хостирани во рамките ја преземаат таа специфична структура на рамката.
За да го демонстрираат нивниот пристап на склопување, научниците избраа метални (златни) и полупроводници (кадмиум селенид) наночестички и бактериски протеини (стрептавидин) како неоргански и органски нано-објекти што треба да се стават во рамките на ДНК. Прво, тие го потврдија интегритетот на ДНК рамките и формирањето на материјални воксели со сликање со електронски микроскопи во објектот за микроскопија CFN електрони и Институтот Ван Андел, кој има пакет инструменти кои работат на криогени температури за биолошки примероци. Потоа, тие ги испитуваа 3-Д решетките структури во кохерентното расејување на Хард Х-зраци и сложените материјали што ги распрснуваат зраците на Националниот извор на светлина на Синхротрон II (NSLS-II)-друга канцеларија на DOE Office of Science User Officiation во Brookhaven Lab. Инженерството во Колумбија, Биховски, професор по хемиски инженеринг Санат Кумар и неговата група извршија компјутерско моделирање, откривајќи дека експериментално набудуваните решетки на структурите (засновани на обрасците за распрснување на Х-зраци) биле најмилодинамички стабилните што можеле да ги формираат материјалните воксели.
„Овие материјални воксели ни овозможуваат да започнеме да користиме идеи добиени од атоми (и молекули) и кристали што ги формираат, и да ги пренесеме ова огромно знаење и база на податоци на системи од интерес во наноклавата“, објасни Кумар.
Студентите на Ганг во Колумбија тогаш демонстрираа како може да се користи платформата за склопување за да се вози организацијата на два различни вида материјали со хемиски и оптички функции. Во еден случај, тие ко-собраа два ензими, создавајќи 3-Д низи со голема густина на пакување. Иако ензимите останаа хемиски непроменети, тие покажаа за четирикратно зголемување на ензимската активност. Овие „нанореактори“ би можеле да се користат за манипулирање со реакциите на каскадата и да се овозможи измислица на хемиски активни материјали. За демонстрација на оптички материјал, тие измешаа две различни бои на квантни точки - мали нанокристали што се користат за да се направат телевизиски дисплеи со голема заситеност во боја и осветленост. Сликите снимени со микроскоп на флуоресценција покажаа дека формираната решетка ја одржува чистотата во боја под границата на дифракцијата (бранова должина) на светлината; Овој имот може да овозможи значително подобрување на резолуцијата во различни технологии за прикажување и оптички комуникации.
„Треба да размислиме како можат да се формираат материјали и како тие функционираат“, рече Ганг. "Редизајн на материјалот може да не биде неопходен; едноставно пакувањето на постојните материјали на нови начини може да ги подобри нивните својства. Потенцијално, нашата платформа може да биде овозможена технологија" над 3-Д производство на печатење "за контрола на материјали во многу помали размери и со поголема материјална разновидност и дизајнирани композиции. Користење на истиот пристап за формирање на 3-Д решетки од посакуваните нано-предмети од различни материјали за материјали, интегрирање на инаку да се сметаат за револуционерни. нано -производство “.
Материјали обезбедени од Националната лабораторија DOE/Brookhaven. Белешка: Содржината може да се уредува за стил и должина.
Добијте ги најновите вести за наука со бесплатните билтени за е -пошта на ScienceAly, ажурирани дневно и неделно. Или прегледајте ги ажурираните часови на вести во вашиот читач на RSS:
Кажете ни што мислите за ScienceAly - ние ги поздравуваме и позитивните и негативните коментари. Дали имате проблеми со користење на страницата? Прашања?
Време на објавување: јануари-14-2020