Ix-xjentisti żviluppaw pjattaforma għall-assemblaġġ 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, u ġġenera strutturi differenti bbażati fuq il-proprjetajiet intrinsiċi tal-materjali. Kif irrappurtat f'dokument ippubblikat illum f'Nature Materials, il-pjattaforma l-ġdida tagħhom ta' nanofabbrikazzjoni programmabbli bid-DNA tista' tiġi applikata biex jorganizzaw varjetà ta' materjali 3-D bl-istess modi preskritti fin-nanoskala (biljuni ta' metru), fejn ottiċi, kimiċi uniċi. , u proprjetajiet oħra joħorġu.
"Waħda mir-raġunijiet ewlenin għaliex SA mhix teknika ta 'għażla għal applikazzjonijiet prattiċi hija li l-istess proċess SA ma jistax jiġi applikat fuq firxa wiesgħa ta' materjali biex jinħolqu matriċi ordnati 3-D identiċi minn nanokomponenti differenti," spjega l-awtur korrispondenti Oleg Gang , mexxej tal-Grupp ta 'Nanomaterjali Artab u Bio fiċ-Ċentru għan-Nanomaterjali Funzjonali (CFN) -- Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti (DOE) Uffiċċju tal-Faċilità tal-Utenti tax-Xjenza fil-Laboratorju Nazzjonali ta' Brookhaven -- u professur tal-Inġinerija Kimika u tal-Fiżika Applikata u x-Xjenza tal-Materjali fil-Columbia Engineering. "Hawnhekk, aħna diżakkoppjati l-proċess SA minn proprjetajiet materjali billi ddisinjaw frejms riġidi tad-DNA polyhedral li jistgħu jinkapsulaw diversi nano-oġġetti inorganiċi jew organiċi, inklużi metalli, semikondutturi, u anke proteini u enzimi."
Ix-xjentisti inġinerija frejms tad-DNA sintetiċi fil-forma ta 'kubu, octahedron, u tetrahedron. Ġewwa l-frejms hemm "armi" tad-DNA li nano-oġġetti biss bis-sekwenza tad-DNA komplementari jistgħu jorbtu magħhom. Dawn il-voxels materjali - l-integrazzjoni tal-qafas tad-DNA u n-nano-oġġett - huma l-blokki tal-bini li minnhom jistgħu jsiru strutturi 3-D ta 'makroscale. Il-frejms jgħaqqdu ma 'xulxin irrispettivament minn x'tip ta' nano-oġġett ikun ġewwa (jew le) skond is-sekwenzi komplementari li huma kodifikati magħhom fil-vertiċi tagħhom. Skont il-forma tagħhom, il-frejms għandhom numru differenti ta’ vertiċi u b’hekk jiffurmaw strutturi kompletament differenti. Kwalunkwe nano-oġġetti ospitati ġewwa l-frejms jieħdu dik l-istruttura speċifika tal-qafas.
Biex juru l-approċċ tal-assemblaġġ tagħhom, ix-xjentisti għażlu nanopartiċelli metalliċi (deheb) u semikondutturi (selenid tal-kadmju) u proteina batterika (streptavidin) bħala nano-oġġetti inorganiċi u organiċi li għandhom jitqiegħdu ġewwa l-oqfsa tad-DNA. L-ewwel, huma kkonfermaw l-integrità tal-frejms tad-DNA u l-formazzjoni ta 'voxels materjali permezz ta' immaġni b'mikroskopji elettroniċi fil-Faċilità tal-Mikroskopija Elettroniċi CFN u l-Istitut Van Andel, li għandu sett ta 'strumenti li joperaw f'temperaturi krijoġeniċi għal kampjuni bijoloġiċi. Huma mbagħad ippruvaw l-istrutturi tal-kannizzata 3-D fil-Linji tar-raġġi tat-Tferrix tar-raġġi X iebes koerenti u tat-Tifrix tal-Materjali Kumpless tas-Sors tad-Dawl Nazzjonali II (NSLS-II) -- Uffiċċju ieħor tal-Faċilità tal-Utenti tax-Xjenza tal-DOE f'Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky Professur tal-Inġinerija Kimika Sanat Kumar u l-grupp tiegħu wettqu mudellar komputazzjonali li żvelaw li l-istrutturi tal-kannizzata osservati b'mod sperimentali (ibbażati fuq il-mudelli ta 'tifrix tar-raġġi-x) kienu l-aktar dawk termodinamikament stabbli li l-voxels materjali setgħu jiffurmaw.
"Dawn il-voxels materjali jippermettulna li nibdew nużaw ideat derivati mill-atomi (u l-molekuli) u l-kristalli li jiffurmaw, u ntrasferixxu dan l-għarfien vast u database għal sistemi ta 'interess fin-nanoskala," spjega Kumar.
L-istudenti ta 'Gang f'Columbia mbagħad wrew kif il-pjattaforma tal-assemblaġġ tista' tintuża biex tmexxi l-organizzazzjoni ta 'żewġ tipi differenti ta' materjali b'funzjonijiet kimiċi u ottiċi. F'każ wieħed, għaqqad żewġ enzimi, u ħolqu arrays 3-D b'densità għolja ta 'ppakkjar. Għalkemm l-enzimi baqgħu kimikament mhux mibdula, huma wrew madwar erba 'darbiet żieda fl-attività enżimatika. Dawn "nanoreactors" jistgħu jintużaw biex jimmanipulaw reazzjonijiet kaskati u jippermettu l-fabbrikazzjoni ta 'materjali kimikament attivi. Għad-dimostrazzjoni tal-materjal ottiku, ħalltu żewġ kuluri differenti ta 'tikek quantum - nanokristalli ċkejkna li qed jintużaw biex jagħmlu wirjiet tat-televiżjoni b'saturazzjoni u luminożità għolja tal-kulur. Stampi maqbuda b'mikroskopju tal-fluworexxenza wrew li l-kannizzata ffurmata żammet il-purità tal-kulur taħt il-limitu tad-diffrazzjoni (wavelength) tad-dawl; din il-proprjetà tista' tippermetti titjib sinifikanti tar-riżoluzzjoni f'diversi teknoloġiji tal-wiri u tal-komunikazzjoni ottika.
"Għandna bżonn naħsbu mill-ġdid kif il-materjali jistgħu jiġu ffurmati u kif jiffunzjonaw," qal Gang. "Id-disinn mill-ġdid tal-materjal jista 'ma jkunx meħtieġ; sempliċiment l-ippakkjar ta' materjali eżistenti b'modi ġodda jista 'jtejjeb il-proprjetajiet tagħhom. Potenzjalment, il-pjattaforma tagħna tista' tkun teknoloġija li tippermetti 'lil hinn mill-manifattura tal-istampar 3-D' biex tikkontrolla materjali fi skali ħafna iżgħar u b'varjetà ta 'materjal akbar u kompożizzjonijiet iddisinjati, bl-użu tal-istess approċċ biex jiffurmaw lattices 3-D minn nano-oġġetti mixtieqa ta 'klassijiet materjali differenti, li jintegraw dawk li kieku jkunu kkunsidrati inkompatibbli. tirrivoluzzjona n-nanomanifattura."
Materjali pprovduti minn DOE/Brookhaven National Laboratory. Nota: Il-kontenut jista' jiġi editjat għall-istil u t-tul.
Ikseb l-aħħar aħbarijiet tax-xjenza bin-newsletters bl-email b'xejn ta' ScienceDaily, aġġornati kuljum u kull ġimgħa. Jew ara newsfeeds aġġornati kull siegħa fil-qarrej RSS tiegħek:
Għidilna x'taħseb dwar ScienceDaily -- nilqgħu kemm kummenti pożittivi kif ukoll negattivi. Għandek xi problemi bl-użu tas-sit? Mistoqsijiet?
Ħin tal-post: Jan-14-2020