Teadlased on välja töötanud platvormi väga erinevat tüüpi-anorgaaniliste või orgaaniliste-soovitud 3D-struktuurideks nanoseeritud materjalide komponentide ehk nanoobjektide kokkupanekuks. Ehkki iseseisev (SA) on edukalt kasutatud mitmesuguste nanomaterjalide korraldamiseks, on see protsess olnud äärmiselt süsteemispetsiifiline, genereerides erinevaid struktuure, mis põhinevad materjalide sisemistel omadustel. Nagu on teatatud tänapäeval loodusmaterjalides avaldatud artiklis, saab nende uut DNA-programmeeritavat nanofabriiliplatvormi kasutada mitmesuguste 3D-materjalide korraldamiseks samadel 3D-materjalidel nanomõõtmetes (miljardit meetrit), kus ilmnevad ainulaadsed optilised, keemilised ja muud omadused.
„Üks peamisi põhjuseid, miks SA ei ole praktiliste rakenduste valitud tehnika, on see, et sama SA-protsessi ei saa kasutada laias valikus materjalides, et luua erinevatest nanokomponentidest identseid 3D-tellitud massiive,” selgitas vastav autori autor Oleg Gang, pehmete ja bio nanomaterjalide rühmituse juht Funktsionaalse Nanomterials'i osakonna (CFN-i osakonna keskus) (USA-s)-USA-s (DOE). Riiklik labor - ning Columbia Engineering keemiatehnika ning rakendusfüüsika ja materjaliteaduse professor. "Siin lahutasime SA-protsessi materjaliomadustest, kavandades jäigad polüedraalsed DNA raamid, mis võivad kapseldada mitmesuguseid anorgaanilisi või orgaanilisi nanoobjekte, sealhulgas metalle, pooljuhte ning isegi valke ja ensüüme."
Teadlased konstrueerisid sünteetilisi DNA kaadreid kuubi, oktaedi ja tetraeedri kujuga. Raamide sees on DNA “relvad”, millega võivad seonduda ainult nano-objektid, millel on täiendav DNA järjestus. Need materiaalsed vokslid-DNA raami ja nano-objekti integreerimine-on ehitusplokid, millest saab teha makroskaala 3D-struktuure. Raamid ühendavad üksteisega sõltumata sellest, milline nano-objekt on sees (või mitte) vastavalt täiendavatele järjestustele, millega nad oma tippudel kodeerivad. Sõltuvalt nende kujust on raamidel erinev tipud ja seega moodustavad täiesti erinevad struktuurid. Kõik raamide sees hostitud nanoobjektid võtavad selle konkreetse kaadri struktuuri.
Oma kokkupaneku lähenemisviisi demonstreerimiseks valisid teadlased anorgaaniliste ja orgaaniliste nanoobjektidena DNA-kaadrisse paigutavate anorgaaniliste ja orgaaniliste nanoobjektidena metallilise (kuld) ja pooljuht (kaadmiumseliseid) nanoosakesed ja baktervalk (streptavidiin). Esiteks kinnitasid nad DNA raamide terviklikkust ja materiaalsete vokslite moodustumist, pildistades elektronmikroskoopidega CFN -i elektronmikroskoopia rajatises ja Van Andeli instituudis, millel on instrumentide komplekt, mis töötavad bioloogiliste proovide krüogeensete temperatuuride ajal. Seejärel sondeerisid nad 3D-võre struktuure sidus kõva röntgenikiirguse hajumise ja keerukate materjalide hajutamisvalgustusega riikliku Synchrotron Light Source II (NSLS-II)-Brookhaveni labori teises teaduse kasutajarajatis. Columbia Engineering Bykhovsky keemiatehnika professor Sanat Kumar ja tema rühm viisid läbi arvutusliku modelleerimise, mis näitas, et eksperimentaalselt täheldatud võre struktuurid (põhinevad röntgenkiirguse hajumise mustritel) olid kõige termodünaamiliselt stabiilsemad, mida materiaalsed vokslid võisid moodustada.
"Need materiaalsed vokslid võimaldavad meil hakata kasutama aatomitest (ja molekulidest) ja nende moodustatavatest kristallidest tulenevaid ideid ning neid suuri teadmisi ja andmebaasi nanoskaalal huvipakkuvatele süsteemidele," selgitas Kumar.
Seejärel näitasid Columbia jõugu õpilased, kuidas saaks montaažiplatvormi kasutada kahe erinevat tüüpi materjali korraldamiseks keemiliste ja optiliste funktsioonidega. Ühel juhul koostasid nad kaks ensüümi, luues 3D-massiive, millel oli kõrge pakkimistihedus. Kuigi ensüümid jäid keemiliselt muutumatuks, näitasid nad ensümaatilise aktiivsuse suurenemist umbes neljakordselt. Neid nanoreaktoreid saaks kasutada kaskaadireaktsioonide manipuleerimiseks ja keemiliselt aktiivsete materjalide valmistamiseks. Optilise materjali demonstreerimiseks segasid nad kvantpunktide kahte erinevat värvi - pisikesi nanokristalle, mida kasutatakse televiisori kuvade valmistamiseks kõrge värvi küllastumise ja heledusega. Fluorestsentsmikroskoobiga jäädvustatud pildid näitasid, et moodustunud võre säilitas värvipuhuse valguse difraktsiooni piiri (lainepikkus) all; See omadus võiks võimaldada olulist eraldusvõime parandamist erinevates kuvamis- ja optiliste kommunikatsioonide tehnoloogiates.
"Peame ümber mõtlema, kuidas materjale saab moodustada ja kuidas need toimivad," ütles Gang. „Materjali ümberkujundamine ei pruugi olla vajalik; Lihtsalt olemasolevate materjalide pakkimine uutel viisidel võib nende omadusi parandada. Võimalik, et meie platvorm võiks olla võimalik tehnoloogia, mis ületab 3D-printimise tootmist ”, et juhtida materjale palju väiksematel skaaladel ning suurema materjali mitmekesisusega ja kavandatud kompositsioonidega. Kasutades sama lähenemisviisi erinevate materjaliklasside soovitud nanoobjektide 3D-võrede moodustamiseks, võib nanomani tootmise revolutsiooniks muuta need, mida muidu peetakse kokkusobimatuks. ”
DOE/Brookhaveni riikliku laboratooriumi pakutavad materjalid. Märkus. Sisu võib stiili ja pikkuse jaoks redigeerida.
Hankige uusimaid teadusuudiseid ScienceDaily tasuta e -posti uudiskirjadega, mida värskendatakse iga päev ja iganädalaselt. Või vaadake oma RSS -lugejas tunnis värskendatud uudistevoogusid:
Öelge meile, mida arvate ScienceDaily'st - tervitame nii positiivseid kui ka negatiivseid kommentaare. Kas saidi kasutamisel on probleeme? Küsimused?
Postiaeg: juuli-04-2022