Para saintis telah membangunkan platform untuk memasang komponen bahan nanosized, atau "objek nano," jenis yang sangat berbeza-bukan organik atau organik-ke dalam struktur 3-D yang dikehendaki. Walaupun perhimpunan diri (SA) telah berjaya digunakan untuk menganjurkan beberapa jenis nanomaterials, prosesnya sangat khusus sistem, menghasilkan struktur yang berbeza berdasarkan sifat-sifat intrinsik bahan-bahan. Seperti yang dilaporkan dalam kertas yang diterbitkan hari ini dalam bahan-bahan alam, platform nanofabrication yang boleh diprogramkan DNA mereka boleh digunakan untuk mengatur pelbagai bahan 3-D dalam cara yang sama di nanoscale (bilion meter), di mana optik, kimia, dan sifat-sifat lain yang unik.
"Salah satu sebab utama mengapa SA bukanlah teknik pilihan untuk aplikasi praktikal adalah bahawa proses SA yang sama tidak dapat digunakan di seluruh pelbagai bahan untuk mewujudkan array yang sama 3-D yang diperintahkan dari nanocomponents yang berbeza," jelas penulis yang sama Oleg Gang, Pemimpin Kumpulan Nanomaterials Makmal Kebangsaan - dan seorang profesor kejuruteraan kimia dan Fizik Gunaan dan Sains Bahan di Kejuruteraan Columbia. "Di sini, kami merumuskan proses SA dari sifat-sifat bahan dengan mereka bentuk bingkai DNA polyhedral tegar yang dapat merangkumi pelbagai objek nano bukan organik atau organik, termasuk logam, semikonduktor, dan juga protein dan enzim."
Para saintis merekayasa bingkai DNA sintetik dalam bentuk kiub, octahedron, dan tetrahedron. Di dalam bingkai adalah "lengan" DNA yang hanya objek nano dengan urutan DNA pelengkap yang dapat mengikat. Voxel bahan ini-integrasi bingkai DNA dan objek nano-adalah blok bangunan dari mana struktur macroscale 3-D boleh dibuat. Bingkai bersambung antara satu sama lain tanpa mengira jenis objek nano yang ada di dalam (atau tidak) mengikut urutan pelengkap yang dikodkan dengan di simpul mereka. Bergantung pada bentuknya, bingkai mempunyai bilangan simpul yang berbeza dan dengan itu membentuk struktur yang sama sekali berbeza. Mana-mana objek nano yang dihoskan di dalam bingkai mengambil struktur bingkai tertentu.
Untuk menunjukkan pendekatan pemasangan mereka, para saintis memilih nanopartikel metalik (emas) dan semikonduktor (kadmium selenide) dan protein bakteria (streptavidin) sebagai objek nano bukan organik dan organik yang akan diletakkan di dalam bingkai DNA. Pertama, mereka mengesahkan integriti bingkai DNA dan pembentukan vokal bahan dengan pengimejan dengan mikroskop elektron di kemudahan mikroskopi elektron CFN dan Institut Van Andel, yang mempunyai suite instrumen yang beroperasi pada suhu kriogenik untuk sampel biologi. Mereka kemudian menyiasat struktur kekisi 3-D pada penyebaran X-ray yang koheren dan bahan-bahan kompleks yang menyebarkan beamlines dari Sumber Cahaya Synchrotron Nasional II (NSLS-II)-satu lagi kemudahan pengguna sains DOE di Brookhaven Lab. Kejuruteraan Columbia Bykhovsky Profesor Kejuruteraan Kimia Sanat Kumar dan kumpulannya melakukan pemodelan pengiraan yang mendedahkan bahawa struktur kekisi yang diperhatikan secara eksperimen (berdasarkan corak penyebaran sinar-X) adalah yang paling stabil termodinamik yang boleh dibentuk oleh vokal bahan.
"Voxel bahan ini membolehkan kita mula menggunakan idea -idea yang diperoleh daripada atom (dan molekul) dan kristal yang mereka buat, dan pelabuhan pengetahuan dan pangkalan data yang luas ini kepada sistem yang menarik di nanoscale," jelas Kumar.
Pelajar geng di Columbia kemudian menunjukkan bagaimana platform pemasangan boleh digunakan untuk memacu organisasi dua jenis bahan dengan fungsi kimia dan optik. Dalam satu kes, mereka bersama-sama memasang dua enzim, mewujudkan susunan 3-D dengan ketumpatan pembungkusan yang tinggi. Walaupun enzim kekal tidak berubah secara kimia, mereka menunjukkan peningkatan empat kali ganda dalam aktiviti enzimatik. "Nanoreactors" ini boleh digunakan untuk memanipulasi reaksi lata dan membolehkan fabrikasi bahan -bahan aktif kimia. Untuk demonstrasi bahan optik, mereka bercampur dua warna titik kuantum yang berbeza - nanocrystals kecil yang digunakan untuk membuat paparan televisyen dengan ketepuan dan kecerahan warna yang tinggi. Imej -imej yang ditangkap dengan mikroskop pendarfluor menunjukkan bahawa kekisi yang terbentuk mengekalkan kesucian warna di bawah had difraksi (panjang gelombang) cahaya; Harta ini membolehkan peningkatan resolusi yang signifikan dalam pelbagai teknologi komunikasi paparan dan optik.
"Kita perlu memikirkan semula bagaimana bahan boleh dibentuk dan bagaimana ia berfungsi," kata Gang. "Reka bentuk semula bahan mungkin tidak perlu, hanya pembungkusan bahan-bahan yang ada dengan cara baru dapat meningkatkan sifat mereka. Berpotensi, platform kami boleh menjadi teknologi yang membolehkan 'pembuatan percetakan 3-D' untuk mengawal bahan-bahan yang lebih kecil dan dengan variasi yang lebih besar. nanomanufacturing. "
Bahan yang disediakan oleh Makmal Kebangsaan DOE/Brookhaven. Nota: Kandungan boleh diedit untuk gaya dan panjang.
Dapatkan berita sains terkini dengan surat berita e -mel percuma ScienceDaily, dikemas kini setiap hari dan mingguan. Atau melihat berita berita yang dikemas kini setiap jam dalam pembaca RSS anda:
Beritahu kami apa yang anda fikirkan ScienceDaily - kami mengalu -alukan komen positif dan negatif. Ada masalah menggunakan laman web ini? Soalan?
Masa Post: Jan-14-2020