शास्त्रज्ञांनी नॅनोसाइज्ड मटेरिअल घटक किंवा "नॅनो-ऑब्जेक्ट्स," अतिशय वेगळ्या प्रकारच्या -- अजैविक किंवा सेंद्रिय -- इच्छित 3-डी संरचनांमध्ये एकत्रित करण्यासाठी एक व्यासपीठ विकसित केले आहे.जरी सेल्फ-असेंबली (SA) चा वापर अनेक प्रकारच्या नॅनोमटेरियल्सचे आयोजन करण्यासाठी यशस्वीरित्या केला गेला असला तरी, ही प्रक्रिया अत्यंत सिस्टीम-विशिष्ट आहे, सामग्रीच्या आंतरिक गुणधर्मांवर आधारित भिन्न संरचना निर्माण करते.नेचर मटेरिअल्समध्ये आज प्रकाशित झालेल्या एका पेपरमध्ये नोंदवल्याप्रमाणे, त्यांचे नवीन डीएनए-प्रोग्राम करण्यायोग्य नॅनोफॅब्रिकेशन प्लॅटफॉर्म नॅनोस्केलवर (एक मीटरच्या अब्जावधी) विविध 3-डी सामग्रीचे आयोजन करण्यासाठी लागू केले जाऊ शकते, जेथे अद्वितीय ऑप्टिकल, रासायनिक , आणि इतर गुणधर्म उदयास येतात.
"व्यावहारिक ऍप्लिकेशन्ससाठी SA हे निवडीचे तंत्र नसण्याचे एक प्रमुख कारण हे आहे की समान SA प्रक्रिया विविध नॅनोकम्पोनंट्समधून एकसारखे 3-डी ऑर्डर केलेले अॅरे तयार करण्यासाठी सामग्रीच्या विस्तृत श्रेणीवर लागू केली जाऊ शकत नाही," असे संबंधित लेखक ओलेग गँग यांनी स्पष्ट केले. , सेंटर फॉर फंक्शनल नॅनोमटेरिअल्स (CFN) मधील सॉफ्ट आणि बायो नॅनोमटेरिअल्स ग्रुपचे नेते -- यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी (DOE) ब्रूकहेव्हन नॅशनल लॅबोरेटरी येथील सायन्स युजर फॅसिलिटी ऑफिस -- आणि केमिकल इंजिनीअरिंग आणि अप्लाइड फिजिक्सचे प्राध्यापक आणि कोलंबिया अभियांत्रिकी येथे साहित्य विज्ञान."येथे, आम्ही धातू, अर्धसंवाहक आणि अगदी प्रथिने आणि एन्झाईम्ससह विविध अजैविक किंवा सेंद्रिय नॅनो-वस्तूंचा अंतर्भाव करू शकणार्‍या कठोर पॉलिहेड्रल DNA फ्रेम्सची रचना करून भौतिक गुणधर्मांमधून SA प्रक्रियेचे विघटन केले."
शास्त्रज्ञांनी क्यूब, ऑक्टाहेड्रॉन आणि टेट्राहेड्रॉनच्या आकारात सिंथेटिक डीएनए फ्रेम तयार केल्या.फ्रेम्सच्या आत DNA "हात" असतात ज्यांना पूरक DNA क्रम असलेल्या नॅनो-ऑब्जेक्ट्सच बांधता येतात.हे मटेरियल वोक्सेल -- डीएनए फ्रेम आणि नॅनो-ऑब्जेक्टचे एकत्रीकरण -- हे बिल्डिंग ब्लॉक्स आहेत ज्यातून मॅक्रोस्केल 3-डी स्ट्रक्चर्स बनवता येतात.फ्रेम्स त्यांच्या शिरोबिंदूंवर एन्कोड केलेल्या पूरक अनुक्रमांनुसार कोणत्या प्रकारचे नॅनो-ऑब्जेक्ट आत आहे (किंवा नाही) याची पर्वा न करता एकमेकांना जोडतात.त्यांच्या आकारानुसार, फ्रेम्समध्ये शिरोबिंदूंची संख्या भिन्न असते आणि त्यामुळे पूर्णपणे भिन्न संरचना तयार होतात.फ्रेम्समध्ये होस्ट केलेले कोणतेही नॅनो-ऑब्जेक्ट त्या विशिष्ट फ्रेम स्ट्रक्चरवर घेतात.
त्यांच्या असेंब्ली पद्धतीचे प्रदर्शन करण्यासाठी, शास्त्रज्ञांनी धातू (सोने) आणि अर्धसंवाहक (कॅडमियम सेलेनाइड) नॅनोकण आणि एक जिवाणू प्रोटीन (स्ट्रेप्टाव्हिडिन) डीएनए फ्रेममध्ये ठेवण्यासाठी अजैविक आणि सेंद्रिय नॅनो-ऑब्जेक्ट म्हणून निवडले.प्रथम, त्यांनी CFN इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी सुविधा आणि व्हॅन अँडेल इन्स्टिट्यूटमध्ये इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपसह इमेजिंग करून DNA फ्रेम्सची अखंडता आणि मटेरियल व्हॉक्सेल तयार केल्याची पुष्टी केली, ज्यामध्ये जैविक नमुन्यांसाठी क्रायोजेनिक तापमानावर काम करणाऱ्या उपकरणांचा संच आहे.त्यानंतर त्यांनी नॅशनल सिंक्रोट्रॉन लाइट सोर्स II (NSLS-II) च्या सुसंगत हार्ड एक्स-रे स्कॅटरिंग आणि कॉम्प्लेक्स मटेरिअल्स स्कॅटरिंग बीमलाइन येथे 3-डी जाळीच्या संरचनेची तपासणी केली - ब्रूकहेव्हन लॅबमधील दुसरे DOE ऑफिस ऑफ सायन्स यूजर फॅसिलिटी.कोलंबिया अभियांत्रिकी बायखोव्स्की रासायनिक अभियांत्रिकीचे प्राध्यापक सनत कुमार आणि त्यांच्या गटाने संगणकीय मॉडेलिंग केले आणि हे उघड केले की प्रायोगिकरित्या निरीक्षण केलेल्या जाळीच्या रचना (क्ष-किरण विखुरण्याच्या नमुन्यांवर आधारित) सर्वात थर्मोडायनामिकली स्थिर आहेत जे मटेरियल व्हॉक्सेल तयार करू शकतात.
"हे मटेरियल व्हॉक्सेल आम्हाला अणू (आणि रेणू) आणि ते तयार करणार्‍या क्रिस्टल्सपासून मिळालेल्या कल्पनांचा वापर करण्यास आणि नॅनोस्केलवर स्वारस्य असलेल्या प्रणालींमध्ये हे विशाल ज्ञान आणि डेटाबेस पोर्ट करण्यास परवानगी देतात," कुमार यांनी स्पष्ट केले.
कोलंबिया येथील गँगच्या विद्यार्थ्यांनी नंतर रासायनिक आणि ऑप्टिकल फंक्शन्ससह दोन वेगवेगळ्या प्रकारच्या सामग्रीचे संघटन चालविण्यासाठी असेंब्ली प्लॅटफॉर्मचा वापर कसा केला जाऊ शकतो हे दाखवून दिले.एका प्रकरणात, त्यांनी दोन एंजाइम एकत्र केले, उच्च पॅकिंग घनतेसह 3-डी अॅरे तयार केले.जरी एंजाइम रासायनिकदृष्ट्या अपरिवर्तित राहिले, तरीही त्यांनी एन्झाइमॅटिक क्रियाकलापांमध्ये सुमारे चौपट वाढ दर्शविली.या "नॅनोरेक्टर्स" चा वापर कॅस्केड प्रतिक्रियांमध्ये फेरफार करण्यासाठी आणि रासायनिक सक्रिय पदार्थांची निर्मिती सक्षम करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.ऑप्टिकल मटेरियल प्रात्यक्षिकासाठी, त्यांनी क्वांटम डॉट्सचे दोन भिन्न रंग मिसळले -- लहान नॅनोक्रिस्टल्स जे उच्च रंग संपृक्तता आणि ब्राइटनेससह टेलिव्हिजन डिस्प्ले करण्यासाठी वापरले जात आहेत.फ्लूरोसेन्स मायक्रोस्कोपने कॅप्चर केलेल्या प्रतिमांमध्ये असे दिसून आले आहे की तयार केलेल्या जाळीने प्रकाशाच्या विवर्तन मर्यादेपेक्षा (तरंगलांबी) रंगाची शुद्धता राखली आहे;या गुणधर्मामुळे विविध डिस्प्ले आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन तंत्रज्ञानामध्ये लक्षणीय रिझोल्यूशन सुधारणा होऊ शकते.
"आम्ही साहित्य कसे तयार केले जाऊ शकते आणि ते कसे कार्य करतात यावर पुनर्विचार करणे आवश्यक आहे," गँग म्हणाले."मटेरियल रीडिझाइन आवश्यक असू शकत नाही; फक्त नवीन मार्गांनी विद्यमान सामग्रीचे पॅकेजिंग त्यांचे गुणधर्म वाढवू शकते. संभाव्यतः, आमचे प्लॅटफॉर्म '3-डी प्रिंटिंग मॅन्युफॅक्चरिंगच्या पलीकडे' खूप लहान स्केलवर आणि मोठ्या सामग्रीच्या विविधतेसह सामग्री नियंत्रित करण्यासाठी सक्षम तंत्रज्ञान असू शकते. डिझाइन केलेल्या रचना. वेगवेगळ्या भौतिक वर्गांच्या इच्छित नॅनो-ऑब्जेक्ट्सपासून 3-डी जाळी तयार करण्यासाठी समान दृष्टीकोन वापरणे, अन्यथा विसंगत मानल्या जाणार्‍या वस्तूंचे एकत्रीकरण करणे, नॅनो मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये क्रांती घडवू शकते."
DOE/Brookhaven राष्ट्रीय प्रयोगशाळेद्वारे प्रदान केलेले साहित्य.टीप: शैली आणि लांबीसाठी सामग्री संपादित केली जाऊ शकते.
ScienceDaily च्या विनामूल्य ईमेल वृत्तपत्रांसह नवीनतम विज्ञान बातम्या मिळवा, दररोज आणि साप्ताहिक अद्यतनित करा.किंवा तुमच्या RSS रीडरमध्ये प्रति तास अपडेट केलेले न्यूजफीड पहा:
सायन्सडेलीबद्दल तुमचे काय मत आहे ते आम्हाला सांगा -- आम्ही सकारात्मक आणि नकारात्मक अशा दोन्ही टिप्पण्यांचे स्वागत करतो.साइट वापरताना काही समस्या आहेत?प्रश्न?
पोस्ट वेळ: जानेवारी-14-2020