Znanstveniki so razvili platformo za sestavljanje nanoziranih materialnih komponent ali "nano-objekti" zelo različnih vrst-anorganskih ali organskih-v želene 3-D strukture. Čeprav je samo sestavljanje (SA) uspešno uporabljen za organizacijo več vrst nanomaterialov, je bil postopek izjemno specifičen za sistem, saj je ustvaril različne strukture, ki temeljijo na lastnih lastnostih materialov. Kot je navedeno v prispevku, ki je danes objavljen v Nature Materials, se lahko njihova nova platforma za nanofabrikacijo, ki jo lahko programirajo DNK, uporabijo za organiziranje različnih 3-D materialov na enake predpisane načine na nanoskalnici (milijarde metrov), kjer nastanejo edinstvene optične, kemične in druge lastnosti.
"Eden glavnih razlogov, zakaj SA ni izbira za praktične aplikacije, je, da istega procesa SA ni mogoče uporabiti v širokem razponu materialov za ustvarjanje enakih 3-D urejenih nizov iz različnih nanokomponentov," je pojasnil ustrezni avtor Oleg Gang, vodja skupine mehkih in bioloških materialov v Centru za funkcionalne nanomateriale (CFN)-CFN)-CFN)-CFN) Laboratorij - in profesor kemijskega inženirstva in uporabne fizike in materialov v Columbia Engineering. "Tu smo ločili postopek SA iz lastnosti materiala z oblikovanjem togih poliedrskih okvirjev DNK, ki lahko zajemajo različne anorganske ali organske nano-objekte, vključno s kovinami, polprevodniki ter celo proteini in encimi."
Znanstveniki so oblikovali sintetične okvirje DNK v obliki kocke, oktaedra in tetraedra. Znotraj okvirjev so DNK "roke", na katere se lahko vežejo samo nano-objekti s komplementarnim zaporedjem DNK. Ti materialni vokseli-integracija okvirja DNK in nano-objekta-so gradniki, iz katerih je mogoče narediti makroskalne 3-D strukture. Okviri se med seboj povezujejo ne glede na to, kakšna je nano-objekt v notranjosti (ali ne) v skladu z dopolnilnimi sekvencami, s katerimi so kodirani na svojih točkah. Okvirji imajo glede na njihovo obliko različno število tokov in tako tvorijo povsem različne strukture. Vsi nano-objekti, ki gostijo znotraj okvirjev, prevzamejo to specifično strukturo okvirja.
Da bi pokazali svoj pristop montaže, so znanstveniki izbrali kovinske (zlate) in polprevodniške (kadmijeve selenide) nanodelce in bakterijski protein (streptavidin) kot anorganski in organski nano-objekti, ki jih je treba postaviti znotraj okvirjev DNK. Najprej so potrdili celovitost okvirjev DNK in tvorbo materialnih vokselov s slikanjem z elektronskimi mikroskopi v CFN elektronski mikroskopiji in Inštitutu Van Andel, ki ima nabor instrumentov, ki delujejo pri kriogenih temperaturah za biološke vzorce. Nato so preizkusili 3-D rešetke strukture na koherentnem trdem rentgenskem razprševanju in zapletenih materialih, ki razpršijo žarke Nacionalnega sinhrotronskega svetlobnega vira II (NSLS-II)-še en Urad za uporabnike Znanstvenega urada DOE v laboratoriju Brookhaven. Columbia Engineering Bykhovsky profesor kemijskega inženiringa Sanat Kumar in njegova skupina sta izvajala računalniško modeliranje, ki je razkrila, da so bile eksperimentalno opazovane rešetke (ki temeljijo na vzorcih rentgenskega razprševanja) najbolj termodinamično stabilne, ki jih lahko tvorijo materialni vokseli.
"Ti materialni vokseli nam omogočajo, da začnemo uporabljati ideje, pridobljene iz atomov (in molekul) in kristalov, ki jih oblikujejo, in to ogromno znanje in bazo podatkov prenašajo na sisteme, ki jih zanimajo nanoskavi," je pojasnil Kumar.
Študenti tolp v Columbiji so nato pokazali, kako lahko montažno platformo uporabimo za vožnjo organizacije dveh različnih vrst materialov s kemičnimi in optičnimi funkcijami. V enem primeru so soustanovljeni dve encimi in ustvarili 3-D matrike z visoko gostoto pakiranja. Čeprav so encimi ostali kemično nespremenjeni, so pokazali približno štirikratno povečanje encimske aktivnosti. Te "nanoreaktorje" bi lahko uporabili za manipulacijo s kaskadnimi reakcijami in omogočili izdelavo kemično aktivnih materialov. Za demonstracijo optičnega materiala so mešali dve različni barvi kvantnih pik - drobne nanokristale, ki se uporabljajo za izdelavo televizijskih zaslonov z visoko barvno nasičenostjo in svetlostjo. Slike, zajete s fluorescentnim mikroskopom, so pokazale, da je oblikovana rešetka ohranila čistost barve pod mejo difrakcije (valovna dolžina) svetlobe; Ta lastnost bi lahko omogočila znatno izboljšanje ločljivosti v različnih tehnologijah prikaza in optične komunikacije.
"Moramo premisliti, kako se lahko oblikujejo materiali in kako delujejo," je dejala tolpa. "Material redesign may not be necessary; simply packaging existing materials in new ways could enhance their properties. Potentially, our platform could be an enabling technology 'beyond 3-D printing manufacturing' to control materials at much smaller scales and with greater material variety and designed compositions. Using the same approach to form 3-D lattices from desired nano-objects of different material classes, integrating those that would otherwise be considered incompatible, could revolutionize nanomana. "
Gradivo, ki ga ponuja DOE/Brookhaven Nacionalni laboratorij. Opomba: Vsebina je mogoče urejati za slog in dolžino.
Pridobite najnovejše znanstvene novice z brezplačnimi e -poštnimi glasili Scicedoily, posodobljene dnevno in tedensko. Ali pa si oglejte uro posodobljene novice v bralniku RSS:
Povejte nam, kaj menite o Scicedenealy - pozdravljamo tako pozitivne kot negativne komentarje. Imate težave z uporabo spletnega mesta? Vprašanja?
Čas objave: januar-14-2020