Ang mga siyentipiko ay nakabuo ng isang platform para sa pag-iipon ng mga sangkap na materyal na nanosized, o "nano-objects," ng ibang magkakaibang uri-hindi organikong o organikong-sa nais na mga istruktura ng 3-D. Kahit na ang pagpupulong sa sarili (SA) ay matagumpay na ginamit upang ayusin ang mga nanomaterial ng maraming uri, ang proseso ay naging tiyak na sistema, na bumubuo ng iba't ibang mga istraktura batay sa mga intrinsikong katangian ng mga materyales. Tulad ng iniulat sa isang papel na nai-publish ngayon sa mga materyales sa kalikasan, ang kanilang bagong DNA-programmable nanofabrication platform ay maaaring mailapat upang ayusin ang iba't ibang mga 3-D na materyales sa parehong inireseta na mga paraan sa nanoscale (bilyon ng isang metro), kung saan ang mga natatanging optical, kemikal, at iba pang mga pag-aari ay lumitaw.
"Ang isa sa mga pangunahing dahilan kung bakit ang SA ay hindi isang pamamaraan na pinili para sa mga praktikal na aplikasyon ay ang parehong proseso ng SA ay hindi mailalapat sa isang malawak na hanay ng mga materyales upang lumikha ng magkaparehong 3-D na iniutos na mga arrays mula sa iba't ibang mga nanocomponents," ipinaliwanag ng kaukulang may-akda na si Oleg Gang, pinuno ng malambot at bio nanomaterial group sa Center for Functional Nanomaterials (CFN)-isang US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility AT AT BROYHAV) Laboratory - at isang Propesor ng Chemical Engineering at ng Applied Physics and Materials Science sa Columbia Engineering. "Dito, binura namin ang proseso ng SA mula sa mga materyal na katangian sa pamamagitan ng pagdidisenyo ng mahigpit na mga frame ng polyhedral na DNA na maaaring mag-encapsulate ng iba't ibang mga hindi organikong o organikong nano-object, kabilang ang mga metal, semiconductors, at kahit na mga protina at enzymes."
Ang mga siyentipiko ay inhinyero ang mga synthetic DNA frame sa hugis ng isang kubo, octahedron, at tetrahedron. Sa loob ng mga frame ay mga "armas" ng DNA na ang mga nano-object lamang na may pantulong na pagkakasunud-sunod ng DNA ay maaaring magbigkis. Ang mga materyal na voxels-ang pagsasama ng frame ng DNA at nano-object-ay ang mga bloke ng gusali kung saan maaaring gawin ang mga istruktura ng macroscale 3-D. Ang mga frame ay kumokonekta sa bawat isa anuman ang uri ng nano-object ay nasa loob (o hindi) ayon sa mga pantulong na pagkakasunud-sunod na naka-encode sa kanilang mga vertice. Depende sa kanilang hugis, ang mga frame ay may ibang bilang ng mga vertice at sa gayon ay bumubuo ng ganap na magkakaibang mga istraktura. Ang anumang mga nano-object na naka-host sa loob ng mga frame ay tumatagal sa tiyak na istraktura ng frame.
Upang maipakita ang kanilang diskarte sa pagpupulong, ang mga siyentipiko ay pumili ng metal (ginto) at semiconducting (cadmium selenide) nanoparticles at isang bakterya na protina (streptavidin) bilang hindi organikong at organikong nano-object na mailalagay sa loob ng mga frame ng DNA. Una, kinumpirma nila ang integridad ng mga frame ng DNA at pagbuo ng mga materyal na voxels sa pamamagitan ng imaging may mga mikroskopyo ng elektron sa pasilidad ng mikroskopya ng Electron ng CFN at ang Van Andel Institute, na may isang suite ng mga instrumento na nagpapatakbo sa mga cryogen na temperatura para sa mga biological sample. Pagkatapos ay sinubukan nila ang mga istrukturang lattice ng 3-D sa magkakaugnay na hard x-ray na nagkalat at kumplikadong mga materyales na nagkalat ng mga beamlines ng National Synchrotron Light Source II (NSLS-II)-isa pang pasilidad ng gumagamit ng DOE Office of Science sa Brookhaven Lab. Ang Columbia Engineering Bykhovsky Propesor ng Chemical Engineering Sanat Kumar at ang kanyang pangkat ay nagsagawa ng computational modeling na nagbubunyag na ang mga eksperimentong sinusunod na mga istruktura ng sala
"Ang mga materyal na voxels na ito ay nagpapahintulot sa amin na magsimulang gumamit ng mga ideya na nagmula sa mga atoms (at mga molekula) at ang mga kristal na kanilang nabuo, at isusulat ang malawak na kaalaman at database sa mga sistema ng interes sa nanoscale," paliwanag ni Kumar.
Ang mga mag -aaral ng gang sa Columbia pagkatapos ay nagpakita kung paano maaaring magamit ang platform ng pagpupulong upang himukin ang samahan ng dalawang magkakaibang uri ng mga materyales na may mga pag -andar ng kemikal at optical. Sa isang kaso, pinagsama-sama nila ang dalawang enzymes, na lumilikha ng mga 3-D arrays na may isang mataas na density ng packing. Kahit na ang mga enzymes ay nanatiling hindi nagbabago ng kemikal, ipinakita nila ang tungkol sa isang apat na beses na pagtaas sa aktibidad ng enzymatic. Ang mga "nanoreactors" na ito ay maaaring magamit upang manipulahin ang mga reaksyon ng kaskad at paganahin ang katha ng mga aktibong materyales. Para sa optical material demonstration, pinaghalo nila ang dalawang magkakaibang kulay ng mga tuldok na dami - maliliit na nanocrystals na ginagamit upang gumawa ng mga display sa telebisyon na may mataas na saturation ng kulay at ningning. Ang mga imahe na nakuha na may isang mikroskopyo ng fluorescence ay nagpakita na ang nabuo na sala -sala na pinapanatili ang kadalisayan ng kulay sa ibaba ng limitasyon ng pagkakaiba -iba (haba ng haba) ng ilaw; Ang pag -aari na ito ay maaaring payagan para sa makabuluhang pagpapabuti ng resolusyon sa iba't ibang mga teknolohiya ng pagpapakita at optical na komunikasyon.
"Kailangan nating isipin kung paano mabubuo ang mga materyales at kung paano sila gumana," sabi ni Gang. "Ang materyal na muling idisenyo ay maaaring hindi kinakailangan; simpleng pag-iimpake ng mga umiiral na materyales sa mga bagong paraan ay maaaring mapahusay ang kanilang mga pag-aari. Posibleng, ang aming platform ay maaaring maging isang pagpapagana ng teknolohiya 'na lampas sa 3-D na pag-print ng pag-print' upang makontrol ang mga materyales sa mas maliit na mga kaliskis at may higit na materyal na iba't ibang at dinisenyo na mga komposisyon. Ang paggamit ng parehong diskarte upang mabuo ang mga 3-d lattice mula sa nais na nano-objects ng iba't ibang mga materyal na klase, na pagsasama ng mga iyon ay kung hindi man ay isasaalang-alang na hindi mababago, na mababago ang mga nanomaining.
Mga materyales na ibinigay ng DOE/Brookhaven National Laboratory. Tandaan: Maaaring mai -edit ang nilalaman para sa estilo at haba.
Kunin ang pinakabagong balita sa agham gamit ang mga libreng email na newsletter ng ScienceNedaily, na -update araw -araw at lingguhan. O tingnan ang oras -oras na na -update na mga newsfeeds sa iyong RSS reader:
Sabihin sa amin kung ano ang iniisip mo tungkol sa sciencedaily - tinatanggap namin ang parehong positibo at negatibong mga puna. Mayroon bang mga problema sa paggamit ng site? Mga Katanungan?
Oras ng Mag-post: Jan-14-2020