Bilim adamları, inorganik veya organik çok farklı tiplerde nanozize malzeme bileşenlerini veya “nano-nesneleri” monte etmek için bir platform geliştirdiler. Kendini montaj (SA) birkaç çeşit nanomalzemeleri organize etmek için başarıyla kullanılmasına rağmen, süreç son derece sisteme özgü olmuştur ve malzemelerin içsel özelliklerine dayanan farklı yapılar üretmiştir. Bugün Doğa Malzemelerinde yayınlanan bir makalede bildirildiği gibi, benzersiz optik, kimyasal ve diğer özelliklerin ortaya çıktığı nano ölçekte (bir metrenin milyarda biri) aynı öngörülen yollarla çeşitli 3 boyutlu malzemeleri organize etmek için yeni DNA programlı nanofabrikasyon platformları uygulanabilir.
“SA'nın pratik uygulamalar için bir tercih tekniği olmamasının en önemli nedenlerinden biri, aynı SA sürecinin, farklı nanokomponlardan aynı 3-B sıralı diziler oluşturmak için aynı SA sürecinin geniş bir malzemeye uygulanamamasıdır,” diye açıkladı Yumuşak ve biyo nanomalzemeler grubunun lideri Oleg çetesi, ABD Enerji Bölümü'nün merkezinde Merkezde Merkezde Merkezde Merkezde (CFN) Lider. Ulusal Laboratuvar - ve Columbia Engineering'de Kimya Mühendisliği ve Uygulamalı Fizik ve Malzeme Bilimi Profesörü. “Burada, metaller, yarı iletkenler ve hatta proteinler ve enzimler dahil olmak üzere çeşitli inorganik veya organik nano-nesneleri kapsülleyebilen sert çokyüzlü DNA çerçeveleri tasarlayarak SA işlemini malzeme özelliklerinden ayırdık.”
Bilim adamları bir küp, oktahedron ve tetrahedron şeklinde sentetik DNA çerçevelerini tasarladı. Çerçevelerin içinde, tamamlayıcı DNA dizisine sahip sadece nano-nesnelerin bağlanabileceği DNA “kolları” bulunur. Bu malzeme vokselleri-DNA çerçevesinin ve nano-nesnenin entegrasyonu-makro ölçekli 3-D yapılarının yapılabileceği yapı taşlarıdır. Çerçeveler, köşelerinde kodlandıkları tamamlayıcı dizilere göre içinde (veya değil) ne tür bir nano-nesnenin içinde (veya değil) birbirine bağlanır. Şeklerine bağlı olarak, çerçevelerin farklı sayıda köşe vardır ve bu nedenle tamamen farklı yapılar oluşturur. Çerçevelerin içinde barındırılan herhangi bir nano-nesneler bu belirli çerçeve yapısını alır.
Montaj yaklaşımlarını göstermek için bilim adamları, DNA çerçevelerinin içine yerleştirilecek inorganik ve organik nano-nesneler olarak metalik (altın) ve yarı iletken (kadmiyum selenid) nanoparçacıkları (streptavidin) seçtiler. İlk olarak, DNA çerçevelerinin bütünlüğünü ve CFN elektron mikroskopi tesisinde elektron mikroskopları ile görüntüleme ile malzeme voksellerinin oluşumunu ve biyolojik numuneler için kriyojenik sıcaklıklarda çalışan bir enstrüman paketi olan Van Andel Enstitüsü'nü doğruladılar. Daha sonra, Brookhaven Lab'da başka bir DOE Bilim Kullanıcısı Ofisi Ofisi Ofisi Ofisi Ofisi Ulusal Synchrotron Işık Kaynağı II'nin (NSLS-II) tutarlı sert X-ışını saçılımı ve karmaşık malzemeler dağılımını 3-D kafes yapılarını araştırdılar. Columbia Mühendisliği Bykhovsky Kimya Mühendisliği Profesörü Sanat Kumar ve grubu, deneysel olarak gözlemlenen kafes yapılarının (X-ışını saçılma modellerine dayanarak) malzeme voksellerinin oluşturabileceği en termodinamik olarak kararlı olanlar olduğunu ortaya koyan hesaplama modellemesi gerçekleştirdi.
Kumar, “Bu malzeme vokselleri, atomlardan (ve moleküllerden) ve oluşturdukları kristallerden türetilen fikirleri kullanmamıza ve bu geniş bilgi ve veritabanını nano ölçekte ilgilendiren sistemlere taşımamıza izin veriyor” dedi.
Columbia'daki Gang'ın öğrencileri, montaj platformunun kimyasal ve optik fonksiyonlarla iki farklı malzeme türünün organizasyonunu yönlendirmek için nasıl kullanılabileceğini gösterdi. Bir durumda, yüksek paketleme yoğunluğuna sahip 3 boyutlu diziler oluşturarak iki enzimi birleştirdiler. Enzimler kimyasal olarak değişmeden kalsa da, enzimatik aktivitede dört kat artış gösterdiler. Bu “nanoreaktörler” kaskad reaksiyonları manipüle etmek ve kimyasal olarak aktif malzemelerin üretilmesini sağlamak için kullanılabilir. Optik malzeme gösterisi için, iki farklı kuantum nokta - yüksek renk doygunluğu ve parlaklık ile televizyon ekranları yapmak için kullanılan küçük nanokristaller - karıştırdılar. Bir floresan mikroskobu ile yakalanan görüntüler, oluşan kafesin, ışığın kırınım sınırının (dalga boyu) altında renk saflığını koruduğunu gösterdi; Bu özellik, çeşitli ekran ve optik iletişim teknolojilerinde önemli çözünürlük iyileştirmesine izin verebilir.
Gang, “Malzemelerin nasıl oluşabileceğini ve nasıl işlediklerini yeniden düşünmemiz gerekiyor” dedi. “Malzeme yeniden tasarım gerekli olmayabilir; Mevcut malzemeleri yeni şekillerde paketlemek, özelliklerini artırabilir. Potansiyel olarak, platformumuz, çok daha küçük ölçeklerde ve daha fazla malzeme çeşitliliği ve tasarlanmış kompozisyonlarla malzemeleri kontrol etmek için '3 boyutlu baskı üretiminin ötesinde' etkinleştirici bir teknoloji olabilir. Aynı yaklaşımı, farklı malzeme sınıflarının istenen nano-nesnelerinden 3-D kafesleri oluşturmak için kullanmak, aksi takdirde uyumsuz olarak kabul edilecek olanları entegre etmek, nanoman üretiminde devrim yaratabilir. ”
DOE/Brookhaven Ulusal Laboratuvarı tarafından sağlanan malzemeler. Not: İçerik stil ve uzunluk için düzenlenebilir.
Günlük ve haftalık olarak güncellenen ScienceDaily'nin ücretsiz e -posta bültenleri ile en son bilim haberlerini alın. Veya RSS okuyucunuzdaki saatlik güncellenen haber beslemelerini görüntüleyin:
Bize ScienceDaily hakkında ne düşündüğünüzü söyleyin - hem olumlu hem de olumsuz yorumları memnuniyetle karşılıyoruz. Siteyi kullanırken herhangi bir sorun mu var? Sorular?
Gönderme Zamanı: Tem-04-2022