Ix-xjentisti żviluppaw pjattaforma għall-immuntar ta 'komponenti ta' materjal nanosized, jew "nano-oġġetti," ta 'tipi differenti ħafna - inorganiċi jew organiċi - fi strutturi 3-D mixtieqa. Għalkemm l-awto-assemblaġġ (SA) intuża b'suċċess biex jorganizza nanomaterjali ta 'diversi tipi, il-proċess kien estremament speċifiku għas-sistema, li jiġġenera strutturi differenti bbażati fuq il-proprjetajiet intrinsiċi tal-materjali. Kif irrappurtat f'karta ppubblikata llum fil-materjali tan-natura, il-pjattaforma l-ġdida tagħhom ta 'nanofabrikazzjoni programmabbli tad-DNA tista' tiġi applikata biex torganizza varjetà ta 'materjali 3-D bl-istess modi preskritti fin-nanoskala (biljun ta' metru), fejn joħorġu proprjetajiet ottiċi, kimiċi, u oħra oħra.
"Waħda mir-raġunijiet ewlenin għaliex SA mhix teknika ta 'għażla għal applikazzjonijiet prattiċi hija li l-istess proċess SA ma jistax jiġi applikat f'firxa wiesgħa ta' materjali biex joħolqu matriċi identiċi 3-D ordnati minn nanokomponenti differenti," spjega l-awtur korrispondenti Oleg Gang, il-mexxej tal-grupp ta 'l-utent soft u bijo Laboratorju Nazzjonali ta 'Brookhaven - u Professur tal-Inġinerija Kimika u tax-Xjenza tal-Fiżika u tal-Materjali Applikati fil-Columbia Engineering. "Hawnhekk, aħna diżakkoppjajna l-proċess SA mill-proprjetajiet materjali billi nfasslu frejms tad-DNA poliedrali riġidi li jistgħu jinkapsulaw diversi objetti inorganiċi jew organiċi, inklużi metalli, semikondutturi, u anke proteini u enzimi."
Ix-xjentisti inġinjaw frejms tad-DNA sintetiċi fil-forma ta 'kubu, octaedron u tetraedru. Ġewwa l-gwarniċi hemm "armi" tad-DNA li biss in-nano-oġġetti mas-sekwenza tad-DNA komplementari jistgħu jorbtu magħhom. Dawn il-voxels materjali - l-integrazzjoni tal-qafas tad-DNA u nano-oġġett - huma l-blokki tal-bini li minnhom jistgħu jsiru strutturi makroskala 3-D. Il-frejms jgħaqqdu lil xulxin irrispettivament minn x'tip ta 'nano-oġġett hemm ġewwa (jew le) skond is-sekwenzi komplementari li huma kkodifikati fil-vertiċi tagħhom. Jiddependi fuq il-forma tagħhom, il-gwarniċi għandhom numru differenti ta 'vertiċi u b'hekk jiffurmaw strutturi kompletament differenti. Kull nano-oġġetti ospitati ġewwa l-gwarniċi jieħdu dik l-istruttura speċifika tal-qafas.
Sabiex juru l-approċċ tal-assemblaġġ tagħhom, ix-xjentisti għażlu nanopartiċelli metalliċi (deheb) u semikondutturi (kadmju selenide) u proteina batterika (streptavidin) bħala l-objetti inorganiċi u organiċi li għandhom jitqiegħdu ġewwa l-gwarniċi tad-DNA. L-ewwel, huma kkonfermaw l-integrità tal-gwarniċi tad-DNA u l-formazzjoni ta 'voxels materjali billi timmaġina bil-mikroskopi elettroniċi fil-faċilità ta' mikroskopija elettronika CFN u l-Istitut Van Andel, li għandu suite ta 'strumenti li joperaw f'temperaturi krijoġeniċi għal kampjuni bijoloġiċi. Imbagħad sondaw l-istrutturi tal-kannizzata 3-D fit-tifrix tar-raġġi X iebsa koerenti u l-materjali kumplessi tat-tifrix tal-linji tal-kanali tas-Sinkrotron Nazzjonali tas-Sors II (NSLS-II) - Uffiċċju ieħor tal-Uffiċċju tad-DOE tax-Xjenza fil-Faċilità tal-Utent tax-Xjenza fil-Lab Brookhaven. L-inġinerija tal-Columbia Bykhovsky Professur tal-Inġinerija Kimika Sanat Kumar u l-grupp tiegħu wettqu l-immudellar tal-komputazzjoni li żvelat li l-istrutturi tal-kannizzata osservati b'mod sperimentali (ibbażati fuq ix-xejriet tat-tifrix tar-raġġi X) kienu l-aktar stabbli termodinamikament li l-voxels materjali jistgħu jiffurmaw.
"Dawn il-voxels materjali jippermettulna nibdew nużaw ideat derivati minn atomi (u molekuli) u l-kristalli li jiffurmaw, u jġorru dan l-għarfien vast u database għal sistemi ta 'interess fin-nanoskala," spjega Kumar.
L-istudenti ta 'Gang fil-Columbia mbagħad urew kif il-pjattaforma tal-assemblaġġ tista' tintuża biex issuq l-organizzazzjoni ta 'żewġ tipi differenti ta' materjali b'funzjonijiet kimiċi u ottiċi. F'każ wieħed, huma ko-assemblaw żewġ enzimi, u ħolqu matriċi 3-D b'densità għolja ta 'ppakkjar. Għalkemm l-enzimi baqgħu kimikament mhux mibdula, huma wrew madwar erba 'darbiet fl-attività enżimatika. Dawn in- "nanoreactors" jistgħu jintużaw biex jimmanipulaw ir-reazzjonijiet tal-kaskata u jippermettu l-fabbrikazzjoni ta 'materjali attivi kimikament. Għad-dimostrazzjoni tal-materjal ottiku, huma ħallat żewġ kuluri differenti ta 'tikek kwantistiċi - nanokristalli ċkejkna li qed jintużaw biex jagħmlu wirjiet televiżivi b'saturazzjoni u luminożità bil-kulur għoli. L-immaġini maqbuda b'mikroskopju ta 'fluworexxenza wrew li l-kannizzata ffurmata żammet il-purità tal-kulur taħt il-limitu ta' diffrazzjoni (tul ta 'mewġa) tad-dawl; Din il-proprjetà tista 'tippermetti titjib ta' riżoluzzjoni sinifikanti f'diversi teknoloġiji ta 'wiri u komunikazzjoni ottika.
"Għandna bżonn naħsbu mill-ġdid kif jistgħu jiġu ffurmati materjali u kif jiffunzjonaw," qal Gang. "Id-disinn mill-ġdid tal-materjal jista 'ma jkunx meħtieġ; sempliċement l-ippakkjar ta' materjali eżistenti b'modi ġodda jista 'jsaħħaħ il-proprjetajiet tagħhom. Potenzjalment, il-pjattaforma tagħna tista' tkun teknoloġija li tippermetti" lil hinn mill-manifattura tal-istampar 3-D "biex tikkontrolla materjali fuq skali ferm iżgħar u b'varjetà ta 'materjal akbar u kompożizzjonijiet iddisinjati. Bl-użu tal-istess approċċ biex tifforma kanni 3-D minn nano-objetti minn nano-oġġetti mixtieqa ta' materjali differenti, tintegra dawk li jistgħu jiġu kkunsidrati b'mod inkredibbli nanomanfacture. "
Materjali pprovduti mill-Laboratorju Nazzjonali DOE / Brookhaven. Nota: Il-kontenut jista 'jiġi editjat għall-istil u t-tul.
Ikseb l-aħħar aħbarijiet tax-xjenza bil-fuljetti tal-email b'xejn ta 'ScienceAily, aġġornati kuljum u kull ġimgħa. Jew ara l-aħbarijiet aġġornati fis-siegħa fil-qarrej tal-RSS tiegħek:
Għidilna x'taħseb dwar ScienceAily - aħna nilqgħu kemm kummenti pożittivi kif ukoll negattivi. Għandek xi problemi li jużaw is-sit? Mistoqsijiet?
Ħin ta 'wara: Jan-14-2020