Wetenskaplikes het 'n platform ontwikkel vir die samestelling van nanosiseerde materiaalkomponente, of 'nano-voorwerpe' van baie verskillende soorte-anorganies of organies-in die gewenste 3-D-strukture. Alhoewel selfmontering (SA) suksesvol gebruik is om nanomateriale van verskillende soorte te organiseer, was die proses uiters stelselspesifiek, wat verskillende strukture opgelewer het op grond van die intrinsieke eienskappe van die materiale. Soos berig in 'n artikel wat vandag in Nature Materials gepubliseer is, kan hul nuwe DNA-programmeerbare nanofabrication-platform toegepas word om 'n verskeidenheid 3D-materiale op dieselfde voorgeskrewe maniere op die nanoskaal te organiseer (miljardste van 'n meter), waar unieke optiese, chemiese en ander eienskappe na vore kom.
'Een van die belangrikste redes waarom SA nie 'n tegniek van keuse vir praktiese toepassings is nie, is dat dieselfde SA-proses nie oor 'n wye verskeidenheid materiale toegepas kan word om identiese 3-D-geordende skikkings van verskillende nanokomponente te skep nie,' verduidelik die ooreenstemmende skrywer Oleg Gang, leier van die sagte en bio-nanomateriale groep in die sentrum vir funksionele nanomateriale (CFN)-A US Departement van Energy (DOE) van die wetenskaplike kantoor van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruiker van die wetenskaplike gebruikers van die wetenskaplike gebruiker (CFN) Brookhaven National Laboratory - en 'n professor in chemiese ingenieurswese en van toegepaste fisika en materiaalwetenskap aan Columbia Engineering. "Hier het ons die SA-proses van materiële eienskappe ontkoppel deur starre veelvlakkige DNA-rame te ontwerp wat verskillende anorganiese of organiese nano-voorwerpe, insluitend metale, halfgeleiers en selfs proteïene en ensieme, kan omvat."
Die wetenskaplikes het sintetiese DNA -rame in die vorm van 'n kubus, oktahedron en tetrahedron ontwerp. Binne die rame is DNA “arms” wat slegs nano-voorwerpe met die komplementêre DNA-volgorde kan bind. Hierdie materiële voxels-die integrasie van die DNA-raam en nano-objek-is die boustene waaruit makroskale 3-D-strukture gemaak kan word. Die rame verbind met mekaar, ongeag van watter soort nano-voorwerp binne (al dan nie) is volgens die komplementêre rye waarmee hulle gekodeer is by hul hoekpunte. Afhangend van hul vorm, het rame 'n ander aantal hoekpunte en vorm dit dus heeltemal verskillende strukture. Enige nano-voorwerpe wat in die rame aangebied word, neem die spesifieke raamstruktuur aan.
Om hul monteerbenadering te demonstreer, het die wetenskaplikes metaal (goud) en halfgeleidende (kadmiumselenied) nanodeeltjies en 'n bakteriële proteïen (streptavidin) gekies as die anorganiese en organiese nano-objek wat binne die DNA-rame geplaas moet word. Eerstens het hulle die integriteit van die DNA -rame en die vorming van materiële voxels bevestig deur beeldvorming met elektronmikroskope by die CFN -elektronmikroskopie -fasiliteit en die Van Andel Institute, wat 'n reeks instrumente het wat werk teen kryogene temperature vir biologiese monsters. Hulle het daarna die 3-D-roosterstrukture by die samehangende harde X-straalverspreiding en komplekse materiale ondersoek wat straallyne van die National Synchrotron Light Source II (NSLS-II)-'n ander DOE-kantoor van wetenskaplike gebruikersfasiliteit by Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky Professor in Chemiese Ingenieurswese Sanat Kumar en sy groep het berekeningsmodellering uitgevoer wat onthul het dat die eksperimenteel waargenome roosterstrukture (gebaseer op die X-straalverspreidingspatrone) die mees termodinamies stabiele was wat die materiële voxels kon vorm.
"Hierdie materiële voxels stel ons in staat om idees afkomstig van atome (en molekules) en die kristalle wat hulle vorm, te gebruik, en hierdie uitgebreide kennis en databasis na stelsels van belang op die nanoskaal te gebruik," het Kumar verduidelik.
Gang se studente aan Columbia het toe gedemonstreer hoe die monteerplatform gebruik kan word om die organisasie van twee verskillende soorte materiale met chemiese en optiese funksies te dryf. In een geval het hulle twee ensieme saamgestel en 3-D-skikkings met 'n hoë pakdigtheid geskep. Alhoewel die ensieme chemies onveranderd gebly het, het hulle 'n viervoudige toename in ensiematiese aktiwiteit getoon. Hierdie “nanoreaktore” kan gebruik word om kaskade -reaksies te manipuleer en die vervaardiging van chemies aktiewe materiale moontlik te maak. Vir die demonstrasie van die optiese materiaal het hulle twee verskillende kleure van kwantumpunte gemeng - klein nanokristalle wat gebruik word om televisie -skerms met 'n hoë kleurversadiging en helderheid te maak. Beelde wat met 'n fluorescentie -mikroskoop vasgelê is, het getoon dat die gevormde rooster die suiwerheid onder die diffraksielimiet (golflengte) van lig onderhou; Hierdie eienskap kan 'n beduidende verbetering van die resolusie in verskillende vertoon- en optiese kommunikasietegnologieë moontlik maak.
“Ons moet heroorweeg hoe materiale gevorm kan word en hoe dit funksioneer,” sê Gang. “Materiële herontwerp is moontlik nie nodig nie; Die verpakking van bestaande materiale op nuwe maniere kan hul eienskappe verbeter. Ons platform kan moontlik 'n bemagtigende tegnologie 'Beyond 3-D Printing Manufacturing' wees om materiale op baie kleiner skale en met 'n groter materiële verskeidenheid en ontwerpte komposisies te beheer. Deur dieselfde benadering tot vorm 3-D-roosters uit die gewenste nano-voorwerpe van verskillende materiële klasse te gebruik, kan die integrasie van diegene wat andersins as onversoenbaar beskou word, 'n omwenteling in die vervaardiging van nanvervaardiging maak. ”
Materiaal verskaf deur DOE/Brookhaven National Laboratory. Opmerking: Inhoud kan geredigeer word vir styl en lengte.
Kry die nuutste wetenskaplike nuus met Sciencedaily se gratis e -pos nuusbriewe, wat daagliks en weekliks opgedateer word. Of kyk na uurlikse opgedateerde nuusvoere in u RSS -leser:
Vertel ons wat u van Sciencedaily dink - ons verwelkom positiewe en negatiewe opmerkings. Het u probleme met die gebruik van die webwerf? Vrae?
Postyd: Jul-04-2022