Znanstvenici su razvili platformu za sastavljanje komponenti nanosiziranih materijala ili „nano-objekti“, od vrlo različitih vrsta-anorganskih ili organskih-u željene 3-D strukture. Iako se samo-sklapanje (SA) uspješno koristilo za organiziranje nanomaterijala nekoliko vrsta, postupak je bio izuzetno specifičan za sustav, stvarajući različite strukture na temelju svojstava materijala. Kao što je navedeno u radu objavljenom danas u Nature Materials, njihova nova platforma za nanofabrikaciju koja se može nadoknaditi DNA može se primijeniti za organiziranje različitih trodimenzionalnih materijala na iste propisane načine na nanokaciji (milijarde metra), gdje se pojavljuju jedinstvena optička, kemijska i druga svojstva.
"Jedan od glavnih razloga zašto SA nije tehnika izbora za praktične primjene je taj što se isti SA postupak ne može primijeniti u širokom rasponu materijala kako bi se stvorili identične 3-D naređene nizove iz različitih nanokomponenti", objasnio je dopisni autor Oleg Gang, vođa grupe mekog i bio nanomaterijala u Centru At Funkcial At Funkcial Atomaterial (CF-a ATUNCESTALS ATUNSOMERNS (do CF) At Function At. Nacionalni laboratorij Brookhaven - i profesor kemijskog inženjerstva i primijenjene fizike i znanosti o materijalima u Columbia Engineering. "Ovdje smo razdvojili SA proces od svojstava materijala dizajnirajući krute poliedarske okvire DNK koji mogu inkapsulirati razne anorganske ili organske nano-objekte, uključujući metale, poluvodiče, pa čak i proteine i enzime."
Znanstvenici su dizajnirali sintetičke DNK okvira u obliku kocke, oktaedra i tetraedra. Unutar okvira su DNK "ruke" na koje se mogu vezati samo nano-objekti s komplementarnom sekvencom DNK. Ti materijalni vokseli-integracija okvira DNA i nano-objekti-su građevni blokovi iz kojih se mogu napraviti makroskalne 3-D strukture. Okviri se međusobno povezuju bez obzira na to kakav je nano-objekt unutra (ili ne) prema komplementarnim nizovima s kojima su kodirani na svojim vrhovima. Ovisno o njihovom obliku, okviri imaju različit broj vrhova i na taj način formiraju potpuno različite strukture. Bilo koji nano-objekt koji se organiziraju unutar okvira poprimaju tu određenu strukturu okvira.
Kako bi pokazali njihov pristup sastavljanju, znanstvenici su odabrali nanočestice metalnog (zlata) i poluvodiča (kadmij selenid) i bakterijski protein (streptavidin) kao anorganski i organski nano-objekt koji se postavljaju unutar okvira DNK. Prvo su potvrdili integritet okvira DNK i stvaranje materijalnih voksela snimanjem elektronskim mikroskopom u CFN elektronskoj mikroskopskoj ustanovi i Van Andel Institutu, koji ima skup instrumenata koji djeluju na kriogenim temperaturama za biološke uzorke. Zatim su ispitivali trodimenzionalne strukture rešetke na koherentnom tvrdoj rendgenskoj raspršivanju i složenim materijalima koji raspršuju snopove Nacionalnog izvora sinkrotronskog svjetla II (NSLS-II)-još jedan Ured za korisnike znanosti u Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky profesor kemijskog inženjerstva Sanat Kumar i njegova skupina izvršili su računalno modeliranje otkrivajući da su eksperimentalno promatrane rešetke (na temelju rendgenskih uzoraka raspršivanja) najprirodnije stabilne koje bi materijalni vokseli mogli formirati.
"Ovi materijalni vokseli omogućuju nam da počnemo koristiti ideje izvedene iz atoma (i molekula) i kristala koje se formiraju, te premještaju ovo veliko znanje i bazu podataka u sustave koji su od interesa na nanokaciji", objasnio je Kumar.
Studenti bande u Columbiji tada su pokazali kako se montažna platforma može koristiti za pokretanje organizacije dviju različitih vrsta materijala s kemijskim i optičkim funkcijama. U jednom su slučaju zajednički sastavili dva enzima, stvarajući 3-D nizova s visokom gustoćom pakiranja. Iako su enzimi ostali kemijski nepromijenjeni, pokazali su otprilike četverostruko povećanje enzimske aktivnosti. Ovi "nanoreaktori" mogu se koristiti za manipulaciju kaskadnim reakcijama i omogućavanje izrade kemijski aktivnih materijala. Za demonstraciju optičkog materijala pomiješali su dvije različite boje kvantnih točkica - sitnih nanokristala koji se koriste za izradu televizijskih zaslona s visokom zasićenjem boja i svjetlinom. Slike snimljene fluorescentnim mikroskopom pokazale su da formirana rešetka održava čistoću boje ispod difrakcijske granice (valne duljine) svjetlosti; Ovo svojstvo moglo bi omogućiti značajno poboljšanje rezolucije u različitim tehnologijama za prikaz i optičke komunikacije.
"Moramo preispitati kako se materijali mogu formirati i kako funkcioniraju", rekao je Gang. „Redizajn materijala možda nije potreban; Jednostavno pakiranje postojećih materijala na nove načine moglo bi poboljšati njihova svojstva. Potencijalno, naša bi platforma mogla biti omogućena tehnologija „izvan proizvodnje trodimenzionalnog tiska“ za kontrolu materijala na mnogo manjim mjerilima i s većom materijalnom raznolikošću i dizajniranim sastavima. Koristeći isti pristup za formiranje 3-D rešetka iz željenih nano-objekata različitih materijalnih klasa, integrirajući one koji bi se inače smatrali nespojivim, moglo bi revolucionirati nanomanufaciju. "
Materijali koje je osigurao Nacionalni laboratorij Doe/Brookhaven. Napomena: Sadržaj se može uređivati za stil i duljinu.
Nabavite najnovije vijesti o znanosti s besplatnim biltenima e -pošte SciencedAily, ažurirani svakodnevni i tjedni. Ili pogledajte satno ažurirane vijesti u vašem RSS čitaču:
Recite nam što mislite o Sciedendaidno - pozdravljamo i pozitivne i negativne komentare. Imate li problema s korištenjem web stranice? Pitanja?
Post Vrijeme: srpanj-04-2022