Naukowcy opracowali platformę do montażu nanosowanych komponentów materialnych lub „nano-obiekty” bardzo różnych typów-nieorganicznych lub organicznych-w pożądane struktury 3D. Chociaż samoorganizacja (SA) została z powodzeniem wykorzystana do organizowania kilku rodzajów nanomateriałów, proces ten był wyjątkowo specyficzny dla systemu, generując różne struktury oparte na właściwościach wewnętrznych materiałów. Jak donosi w artykule opublikowanym dzisiaj w materiałach przyrodniczych, ich nowa platforma nanofabrykacyjna DNA można zastosować do zorganizowania różnych materiałów 3D w ten sam sposób określony w nanoskali (miliarda metra), gdzie pojawiają się unikalne optyczne, chemiczne i inne właściwości.
„Jednym z głównych powodów, dla których SA nie jest techniką z wyboru do praktycznych zastosowań, jest to, że ten sam proces SA nie może być stosowany w szerokim zakresie materiałów do tworzenia identycznych tablic uporządkowanych 3D z różnych nanokomponentów”-wyjaśnił odpowiedni autor Oleg Gang, lider Office i Bio Nanomaterials Group w Center for Funkcjonal Nanomaterials) Krajowe laboratorium - i profesor inżynierii chemicznej oraz fizyki stosowanej fizyki i materiałów w Columbia Engineering. „Tutaj oddzielaliśmy proces SA od właściwości materiału, projektując sztywne wielościenne ramki DNA, które mogą otaczać różne nano-obiekty nieorganiczne lub organiczne, w tym metale, półprzewodniki, a nawet białka i enzymy”.
Naukowcy zaprojektowali syntetyczne ramy DNA w kształcie kostki, oktaczówów i tetrahedronu. Wewnątrz ramek są „ramiona” DNA, z którymi można wiązać tylko nano-obiekty z komplementarną sekwencją DNA. Te materialne woksele-integracja ramy DNA i nano-obiekt-to elementy budulcowe, z których można wykonać struktury 3-D Macroscale. Ramy łączą się ze sobą, niezależnie od tego, jaki rodzaj nano-obiekt jest w środku (lub nie) zgodnie z sekwencjami uzupełniającymi, z którymi są zakodowane na ich wierzchołkach. W zależności od ich kształtu ramki mają inną liczbę wierzchołków, a zatem tworzą zupełnie inne struktury. Wszelkie nano-obiekty hostowane wewnątrz ramek dotyczą tej konkretnej struktury ramki.
Aby zademonstrować swoje podejście do montażu, naukowcy wybrali nanocząstki metaliczne (złota) i półprzewodnikowe (selenid kadmu) i białko bakteryjne (streptawidyna) jako nanoprzestreci nieorganiczne i organiczne nanoczy się umieszczone w ramach DNA. Po pierwsze, potwierdzili integralność ramek DNA i tworzenie wokseli materiałowych przez obrazowanie mikroskopami elektronowymi w obiekcie mikroskopii elektronowej CFN i Van Andel Institute, który ma pakiet instrumentów, które działają w temperaturach kriogenicznych próbek biologicznych. Następnie zbadali struktury sieci 3D w spójnym twardym rozpraszaniu promieniowania rentgenowskiego i złożonych materiałach rozpraszających liniowe linie wiązki National Synchrotron Light II (NSLS-II)-kolejnego zakładu użytkownika Brookhaven Lab. Columbia Engineering Profesor inżynierii chemicznej Sanat Kumar i jego grupa przeprowadzili modelowanie obliczeniowe, ujawniając, że eksperymentalnie obserwowane struktury sieci (oparte na wzorcach rozpraszania promieniowania rentgenowskiego) były najbardziej stabilnymi termodynamicznie, które mogą tworzyć materiały Voxels.
„Te materialne woksele pozwalają nam zacząć używać pomysłów pochodzących z atomów (i cząsteczek) i kryształów, które tworzą, i przenoszą tę ogromną wiedzę i bazę danych do systemów zainteresowania w nanoskali” - wyjaśnił Kumar.
Uczniowie Gangu w Columbia pokazali następnie, w jaki sposób platforma montażowa może być wykorzystana do kierowania organizacją dwóch różnych rodzajów materiałów o funkcjach chemicznych i optycznych. W jednym przypadku współdziałali dwa enzymy, tworząc tablice 3D o wysokiej gęstości pakowania. Chociaż enzymy pozostały chemicznie niezmienione, wykazały około czterokrotnie wzrost aktywności enzymatycznej. Te „nanoreaktory” można zastosować do manipulowania reakcjami kaskadowymi i umożliwienia wytwarzania chemicznie aktywnych materiałów. W przypadku demonstracji materiałów optycznych wymieszali dwa różne kolory kropek kwantowych - drobne nanokryształy, które są używane do tworzenia wyświetlaczy telewizyjnych o wysokim nasyceniu i jasności. Obrazy uchwycone mikroskopem fluorescencyjnym wykazały, że utworzona sieć utrzymywała czystość kolorów poniżej limitu dyfrakcji (długość fali) światła; Ta właściwość może pozwolić na znaczną poprawę rozdzielczości różnych technologii komunikacji wyświetlacza i optycznej.
„Musimy przemyśleć, w jaki sposób można tworzyć materiały i jak działają one” - powiedział Gang. „Przeprojektowanie materiału może nie być konieczne; po prostu pakowanie istniejących materiałów w nowy sposób może poprawić ich właściwości. Potencjalnie nasza platforma może być technologią umożliwiającą„ Poza produkcją drukowania 3D ”do kontroli materiałów w znacznie mniejszych skalach, a przy większej różnorodności materiału i zaprojektowaniu kompatybilnych, zastosowania tego samego podejścia w celu utworzenia 3-D Lattites z Nano-Ot. Ot. Otrace. Nanomani -Produkowanie ”.
Materiały dostarczone przez DOE/Brookhaven National Laboratory. Uwaga: Treść może być edytowana pod kątem stylu i długości.
Uzyskaj najnowsze wiadomości naukowe z bezpłatnymi biuletynami e -mail Sciencedaily, aktualizowane codziennie i co tydzień. Lub wyświetl godzinne zaktualizowane kanały informacyjne w czytniku RSS:
Powiedz nam, co myślisz o Sciencedaily - z zadowoleniem przyjmujemy zarówno pozytywne, jak i negatywne komentarze. Masz jakieś problemy z korzystaniem z witryny? Pytania?
Czas po: 14-2020