Вчені розробили платформу для складання нанорозмірних компонентів матеріалів, або "нано-об'єктів" дуже різних типів-неорганічних або органічних-у бажані 3-D структури. Хоча самостійність (SA) успішно використовувалася для організації наноматеріалів декількох видів, процес був надзвичайно специфічним для системи, генеруючи різні структури на основі внутрішніх властивостей матеріалів. Як повідомляється в документі, опублікованій сьогодні в природних матеріалах, їх нова платформа нанофабрикації, що пропонується ДНК, може бути застосована для організації різноманітних тривимірних матеріалів тими ж встановленими способами на нанорозмірному масштабі (мільярди метрів), де з'являються унікальні оптичні, хімічні та інші властивості.
"Однією з головних причин, чому SA не є технікою вибору практичних застосувань, є те, що той самий процес SA не може бути застосований у широкому спектрі матеріалів для створення однакових 3-D впорядкованих масивів від різних нанокомпаніалів групи, що відповідає автора Олега, лідера м'яких та біо нанотоматеріалів у центрі функціональних наноматеріалів (CFN). Національна лабораторія Брукхейвена - та професор хімічної інженерії та прикладної фізики та матеріалознавства в Columbia Engineering. "Тут ми відокремлювали процес SA з властивостей матеріалу, розробляючи жорсткі багатогранні рамки ДНК, які можуть інкапсулювати різні неорганічні або органічні нано-об'єкти, включаючи метали, напівпровідники і навіть білки та ферменти".
Вчені розробляли синтетичні рамки ДНК у формі куба, октаедра та тетраедра. Всередині кадрів є "руки" ДНК, з якими можуть зв'язуватися лише нанооб'єкти з додатковою послідовністю ДНК. Ці матеріальні вокселі-інтеграція рамки ДНК та нано-об’єкта-є будівельними блоками, з яких можна зробити 3-D структури макроскопа. Рамки підключаються один до одного незалежно від того, який нано-об'єкт знаходиться всередині (чи ні) відповідно до додаткових послідовностей, з якими вони кодуються у своїх вершинах. Залежно від їх форми, кадри мають різну кількість вершин і, таким чином, утворюють абсолютно різні структури. Будь-які нано-об'єкти, розміщені всередині кадрів, набувають цієї конкретної структури кадрів.
Щоб продемонструвати свій підхід до складання, вчені відібрали металеві (золоті) та напівпровідні (кадмію селеніду) наночастинки та бактеріальний білок (стрептавідин) як неорганічні та органічні нано-об'єкти, що розміщуються всередині рам ДНК. По -перше, вони підтвердили цілісність ДНК -кадрів та утворення матеріальних вокселів шляхом візуалізації з електронними мікроскопами в Інституті електронної мікроскопії CFN та Інституту Ван Анделя, який має набір інструментів, які працюють при кріогенних температурах для біологічних зразків. Потім вони досліджували 3-D решітки на когерентних жорстких рентгенівських розсіюваннях та складних розсіювальних лініях розсіювання матеріалів Національного синхротронного джерела світла II (NSLS-II)-ще одного засобу користувачів Наукового офісу DOE в лабораторії Brookhaven. Колумбійська інженерія Бірховського професора хімічної інженерії Санат Кумар та його група виконували обчислювальне моделювання, виявляючи, що експериментально спостережувані решітки (на основі рентгенівських розсіювання) були найбільш термодинамічно стабільними, які можуть утворюватися матеріальні вокселі.
"Ці матеріальні вокселі дозволяють нам почати використовувати ідеї, отримані з атомів (і молекул) та кристалів, які вони формують, і передають ці величезні знання та базу даних для систем, що цікавлять нанорозмір", - пояснив Кумар.
Потім студенти банди в Колумбії продемонстрували, як платформа для складання може використовуватися для управління організацією двох різних видів матеріалів з хімічними та оптичними функціями. В одному випадку вони спільно зібрали два ферменти, створюючи 3-D масиви з високою щільністю упаковки. Хоча ферменти залишалися хімічно незмінними, вони показали приблизно в чотири рази збільшення ферментативної активності. Ці "нанореактори" можуть бути використані для маніпулювання каскадними реакціями та забезпечення виготовлення хімічно активних матеріалів. Для демонстрації оптичного матеріалу вони змішували два різних кольори квантових крапок - крихітних нанокристалів, які використовуються для виготовлення телевізійних дисплеїв із насиченістю та яскравістю. Зображення, зняті флуоресцентним мікроскопом, показали, що утворена решітка підтримувала чистоту кольору нижче межі дифракції (довжина хвилі) світла; Ця властивість може забезпечити значне вдосконалення роздільної здатності в різних технологіях дисплея та оптичної комунікації.
"Нам потрібно переосмислити, як можна сформувати матеріали та як вони функціонують", - сказав Банг. "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 Наномансуючи. "
Матеріали, що надаються Національною лабораторією DOE/Brookhaven. Примітка: вміст може бути відредагований для стилю та довжини.
Отримайте останні новини про науку за допомогою безкоштовних інформаційних бюлетенів електронної пошти ScienceDaily, оновлюються щодня та щотижня. Або переглянути щогодини оновлених новин у вашому RSS -читачеві:
Розкажіть, що ви думаєте про ScienceDaily - ми вітаємо як позитивні, так і негативні коментарі. У вас є проблеми з використанням сайту? Питання?
Час повідомлення: 14-2020 січня