శాస్త్రవేత్తలు నానోసైజ్డ్ మెటీరియల్ కాంపోనెంట్స్ లేదా "నానో-ఆబ్జెక్ట్స్" చాలా విభిన్న రకాలైన -- అకర్బన లేదా ఆర్గానిక్ -- కావలసిన 3-D నిర్మాణాలలోకి సమీకరించటానికి ఒక వేదికను అభివృద్ధి చేశారు. అనేక రకాల సూక్ష్మ పదార్ధాలను నిర్వహించడానికి స్వీయ-అసెంబ్లీ (SA) విజయవంతంగా ఉపయోగించబడినప్పటికీ, ప్రక్రియ చాలా సిస్టమ్-నిర్దిష్టమైనది, పదార్థాల యొక్క అంతర్గత లక్షణాల ఆధారంగా విభిన్న నిర్మాణాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. నేచర్ మెటీరియల్స్‌లో ఈరోజు ప్రచురితమైన పేపర్‌లో నివేదించినట్లుగా, వారి కొత్త DNA-ప్రోగ్రామబుల్ నానోఫ్యాబ్రికేషన్ ప్లాట్‌ఫారమ్ వివిధ రకాలైన 3-D మెటీరియల్‌లను నానోస్కేల్ (మీటరులో బిలియన్ల వంతు) వద్ద ఒకే విధంగా నిర్వహించడానికి అన్వయించవచ్చు, ఇక్కడ ప్రత్యేకమైన ఆప్టికల్, కెమికల్ , మరియు ఇతర లక్షణాలు బయటపడతాయి.
"ప్రాక్టికల్ అప్లికేషన్‌ల కోసం SA ఎంపిక చేసుకునే టెక్నిక్ కాకపోవడానికి ఒక ప్రధాన కారణం ఏమిటంటే, విభిన్న నానోకంపోనెంట్‌ల నుండి ఒకేలాంటి 3-D ఆర్డర్ చేసిన శ్రేణులను రూపొందించడానికి అదే SA ప్రక్రియను విస్తృత శ్రేణి పదార్థాలలో వర్తించదు" అని సంబంధిత రచయిత ఒలేగ్ గ్యాంగ్ వివరించారు. , సెంటర్ ఫర్ ఫంక్షనల్ నానోమెటీరియల్స్ (CFN)లో సాఫ్ట్ మరియు బయో నానోమెటీరియల్స్ గ్రూప్ నాయకుడు -- US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ (DOE) సైన్స్ కార్యాలయం బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీలో యూజర్ ఫెసిలిటీ -- కొలంబియా ఇంజనీరింగ్‌లో కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ మరియు అప్లైడ్ ఫిజిక్స్ అండ్ మెటీరియల్స్ సైన్స్ ప్రొఫెసర్. "ఇక్కడ, లోహాలు, సెమీకండక్టర్లు మరియు ప్రోటీన్లు మరియు ఎంజైమ్‌లతో సహా వివిధ అకర్బన లేదా సేంద్రీయ నానో-వస్తువులను సంగ్రహించగల దృఢమైన పాలిహెడ్రల్ DNA ఫ్రేమ్‌లను రూపొందించడం ద్వారా మేము SA ప్రక్రియను మెటీరియల్ లక్షణాల నుండి వేరు చేసాము."
శాస్త్రవేత్తలు సింథటిక్ DNA ఫ్రేమ్‌లను క్యూబ్, ఆక్టాహెడ్రాన్ మరియు టెట్రాహెడ్రాన్ ఆకారంలో రూపొందించారు. ఫ్రేమ్‌ల లోపల DNA "చేతులు" ఉంటాయి, అవి పరిపూరకరమైన DNA క్రమాన్ని కలిగి ఉన్న నానో-వస్తువులు మాత్రమే బంధించగలవు. ఈ మెటీరియల్ వోక్సెల్స్ -- DNA ఫ్రేమ్ మరియు నానో-ఆబ్జెక్ట్ యొక్క ఏకీకరణ -- మాక్రోస్కేల్ 3-D నిర్మాణాలను తయారు చేయగల బిల్డింగ్ బ్లాక్‌లు. ఫ్రేమ్‌లు వాటి శీర్షాల వద్ద ఎన్‌కోడ్ చేయబడిన కాంప్లిమెంటరీ సీక్వెన్స్‌ల ప్రకారం లోపల ఎలాంటి నానో-ఆబ్జెక్ట్ ఉన్నా (లేదా) సంబంధం లేకుండా ఒకదానికొకటి కనెక్ట్ అవుతాయి. వాటి ఆకారాన్ని బట్టి, ఫ్రేమ్‌లు వేర్వేరు శీర్షాల సంఖ్యను కలిగి ఉంటాయి మరియు తద్వారా పూర్తిగా భిన్నమైన నిర్మాణాలను ఏర్పరుస్తాయి. ఫ్రేమ్‌ల లోపల హోస్ట్ చేయబడిన ఏదైనా నానో-వస్తువులు నిర్దిష్ట ఫ్రేమ్ నిర్మాణాన్ని తీసుకుంటాయి.
వారి అసెంబ్లీ విధానాన్ని ప్రదర్శించడానికి, శాస్త్రవేత్తలు DNA ఫ్రేమ్‌ల లోపల ఉంచాల్సిన అకర్బన మరియు సేంద్రీయ నానో-వస్తువులుగా లోహ (బంగారం) మరియు సెమీకండక్టింగ్ (కాడ్మియం సెలీనైడ్) నానోపార్టికల్స్ మరియు బ్యాక్టీరియా ప్రోటీన్ (స్ట్రెప్టావిడిన్)ను ఎంచుకున్నారు. మొదట, వారు CFN ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ ఫెసిలిటీ మరియు వాన్ ఆండెల్ ఇన్స్టిట్యూట్‌లో ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్‌లతో ఇమేజింగ్ చేయడం ద్వారా DNA ఫ్రేమ్‌ల సమగ్రతను మరియు మెటీరియల్ వోక్సెల్‌ల ఏర్పాటును నిర్ధారించారు, ఇది జీవ నమూనాల కోసం క్రయోజెనిక్ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేసే సాధనాల సూట్‌ను కలిగి ఉంది. వారు నేషనల్ సింక్రోట్రోన్ లైట్ సోర్స్ II (NSLS-II) యొక్క కోహెరెంట్ హార్డ్ ఎక్స్-రే స్కాటరింగ్ మరియు కాంప్లెక్స్ మెటీరియల్స్ స్కాటరింగ్ బీమ్‌లైన్‌ల వద్ద 3-D లాటిస్ నిర్మాణాలను పరిశీలించారు -- బ్రూక్‌హావెన్ ల్యాబ్‌లోని సైన్స్ యూజర్ ఫెసిలిటీకి సంబంధించిన మరొక DOE ఆఫీస్. కొలంబియా ఇంజనీరింగ్ బైఖోవ్స్కీ కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ ప్రొఫెసర్ సనత్ కుమార్ మరియు అతని బృందం గణన నమూనాను ప్రదర్శించారు, ప్రయోగాత్మకంగా గమనించిన జాలక నిర్మాణాలు (ఎక్స్-రే స్కాటరింగ్ నమూనాల ఆధారంగా) మెటీరియల్ వోక్సెల్‌లు ఏర్పడే అత్యంత థర్మోడైనమిక్‌గా స్థిరమైనవి.
"ఈ మెటీరియల్ వోక్సెల్‌లు పరమాణువులు (మరియు అణువులు) మరియు అవి ఏర్పడే స్ఫటికాల నుండి ఉద్భవించిన ఆలోచనలను ఉపయోగించడం ప్రారంభించటానికి అనుమతిస్తాయి మరియు ఈ విస్తారమైన జ్ఞానాన్ని మరియు డేటాబేస్‌ను నానోస్కేల్ వద్ద ఆసక్తి ఉన్న వ్యవస్థలకు పోర్ట్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది" అని కుమార్ వివరించారు.
కొలంబియాలోని గ్యాంగ్ విద్యార్థులు రసాయన మరియు ఆప్టికల్ ఫంక్షన్‌లతో రెండు విభిన్న రకాల పదార్థాల సంస్థను నడపడానికి అసెంబ్లీ ప్లాట్‌ఫారమ్‌ను ఎలా ఉపయోగించవచ్చో ప్రదర్శించారు. ఒక సందర్భంలో, వారు రెండు ఎంజైమ్‌లను సహ-సమీకరించి, అధిక ప్యాకింగ్ సాంద్రతతో 3-D శ్రేణులను సృష్టించారు. ఎంజైమ్‌లు రసాయనికంగా మారనప్పటికీ, అవి ఎంజైమాటిక్ చర్యలో నాలుగు రెట్లు పెరుగుదలను చూపించాయి. ఈ "నానోరియాక్టర్లు" క్యాస్కేడ్ ప్రతిచర్యలను మార్చటానికి మరియు రసాయనికంగా క్రియాశీల పదార్థాల కల్పనను ప్రారంభించడానికి ఉపయోగించబడతాయి. ఆప్టికల్ మెటీరియల్ ప్రదర్శన కోసం, వారు రెండు వేర్వేరు రంగుల క్వాంటం డాట్‌లను మిళితం చేశారు -- అధిక రంగు సంతృప్తత మరియు ప్రకాశంతో టెలివిజన్ డిస్‌ప్లేలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే చిన్న నానోక్రిస్టల్స్. ఫ్లోరోసెన్స్ మైక్రోస్కోప్‌తో సంగ్రహించబడిన చిత్రాలు కాంతి యొక్క విక్షేపణ పరిమితి (తరంగదైర్ఘ్యం) కంటే తక్కువ రంగు స్వచ్ఛతను కలిగి ఉన్నాయని చూపించాయి; ఈ ప్రాపర్టీ వివిధ డిస్‌ప్లే మరియు ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ టెక్నాలజీలలో గణనీయమైన రిజల్యూషన్ మెరుగుదలను అనుమతిస్తుంది.
"పదార్థాలు ఎలా ఏర్పడతాయి మరియు అవి ఎలా పనిచేస్తాయో మనం పునరాలోచించాలి" అని గ్యాంగ్ చెప్పారు. "మెటీరియల్ రీడిజైన్ అవసరం లేకపోవచ్చు; ఇప్పటికే ఉన్న మెటీరియల్‌లను కొత్త మార్గాల్లో ప్యాక్ చేయడం వల్ల వాటి లక్షణాలను మెరుగుపరచవచ్చు. సంభావ్యంగా, మా ప్లాట్‌ఫారమ్ '3-డి ప్రింటింగ్ తయారీకి మించిన' సాంకేతికతను చాలా చిన్న ప్రమాణాలలో మరియు ఎక్కువ మెటీరియల్ వైవిధ్యంతో నియంత్రించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. విభిన్న మెటీరియల్ క్లాస్‌ల నుండి కావలసిన నానో-ఆబ్జెక్ట్‌ల నుండి 3-D లాటిస్‌లను రూపొందించడానికి అదే విధానాన్ని ఉపయోగించి రూపొందించబడింది. అననుకూలంగా పరిగణించబడుతుంది, ఇది నానో తయారీలో విప్లవాత్మక మార్పులు చేయగలదు."
DOE/బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ అందించిన మెటీరియల్స్. గమనిక: శైలి మరియు పొడవు కోసం కంటెంట్ సవరించబడవచ్చు.
ScienceDaily యొక్క ఉచిత ఇమెయిల్ వార్తాలేఖలతో తాజా సైన్స్ వార్తలను పొందండి, ప్రతిరోజూ మరియు వారానికొకసారి నవీకరించబడుతుంది. లేదా మీ RSS రీడర్‌లో ప్రతి గంటకు నవీకరించబడిన న్యూస్‌ఫీడ్‌లను వీక్షించండి:
ScienceDaily గురించి మీరు ఏమనుకుంటున్నారో మాకు చెప్పండి -- మేము సానుకూల మరియు ప్రతికూల వ్యాఖ్యలను స్వాగతిస్తాము. సైట్‌ని ఉపయోగించడంలో ఏవైనా సమస్యలు ఉన్నాయా? ప్రశ్నలు?
పోస్ట్ సమయం: జనవరి-14-2020