Vedci vyvinuli platformu na zostavenie nanosizovaných materiálových komponentov alebo „nanoobjektov“ veľmi odlišných typov-anorganických alebo organických-do požadovaných trojrozmerných štruktúr. Aj keď sa samoskladanie (SA) úspešne používa na organizovanie nanomateriálov niekoľkých druhov, proces bol extrémne špecifický pre systém a vytváral rôzne štruktúry založené na vnútorných vlastnostiach materiálov. Ako sa uvádza v dokumente publikovanom dnes v prírodných materiáloch, ich nová nanofabrikačná platforma DNA sa môže použiť na organizovanie rôznych trojrozmerných materiálov rovnakým predpísaným spôsobom v nanomateriále (miliardy meter), kde sa objavujú jedinečné optické, chemické a iné vlastnosti.
„Jedným z hlavných dôvodov, prečo SA nie je technikou voľby pre praktické aplikácie, je to, že ten istý proces SA sa nedá uplatniť v širokom spektre materiálov na vytvorenie identických 3-D usporiadaných polí od rôznych nanokomponentov,“ vysvetlil zodpovedajúci autor Oleg Gang, vodca s mäkkou a bio nanomateriálovou skupinou v At-Useruiho v oblasti Bioookio. Národné laboratórium - a profesor chemického inžinierstva a aplikovanej fyziky a vedy o materiáloch v Columbia Engineering. „Tu sme oddelili proces SA z materiálových vlastností navrhovaním tuhých polyhedrálnych rámcov DNA, ktoré môžu enkapsulovať rôzne anorganické alebo organické nano-obobdy, vrátane kovov, polovodičov a dokonca proteínov a enzýmov.“
Vedci skonštruovali syntetické rámy DNA v tvare kocky, oktaedronu a tetraedronu. Vo vnútri snímok sú „ramená“ DNA, ktoré sa môžu viazať iba nano-oboby s komplementárnou sekvenciou DNA. Tieto materiálové voxely-integrácia rámca DNA a nanoobjekt-sú stavebné bloky, z ktorých je možné vyrobiť makroscale 3-D štruktúry. Rámy sa navzájom spájajú bez ohľadu na to, aký druh nano-object je vo vnútri (alebo nie) podľa doplnkových sekvencií, ktoré sú kódované pri svojich vrcholoch. V závislosti od ich tvaru majú rámy iný počet vrcholov, a preto tvoria úplne odlišné štruktúry. Akékoľvek nano-objecty hostené vo vnútri rámcov preberajú túto špecifickú štruktúru rámca.
Aby demonštrovali svoj montážny prístup, vedci vybrali kovové (zlaté) a polovodivé (kadmiové selenidové) nanočastice a bakteriálny proteín (streptavidín) ako anorganické a organické nano-obobdy, ktoré sa majú umiestniť do rámcov DNA. Po prvé, potvrdili integritu DNA rámov a tvorby materiálových voxelov zobrazovaním elektrónovými mikroskopu v zariadení CFN Electron Microscopy a Van Andel Institute, ktorý má súbor nástrojov, ktoré fungujú pri kryogénnych teplotách pre biologické vzorky. Potom skúmali 3-D mriežkové štruktúry na koherentnom tvrdom röntgenovom rozptyle a komplexných rozptylových lúčoch materiálov Národného zdroja synchrotrónového svetla II (NSLS-II)-ďalšieho zariadenia Užívateľského používateľa DOE v Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky profesor chemického inžinierstva Sanat Kumar a jeho skupina vykonávali výpočtové modelovanie, ktoré odhalilo, že experimentálne pozorované mriežkové štruktúry (na základe vzorov röntgenového rozptylu) boli naj termodynamicky najstabilnejšie, ktoré mohli tvoriť materiálové voxely.
„Tieto materiálové voxely nám umožňujú začať používať nápady odvodené z atómov (a molekúl) a kryštálov, ktoré tvoria, a prenášajte tieto obrovské znalosti a databázu do systémov záujmu v nanomateriále,“ vysvetlil Kumar.
Študenti gangu v Columbii potom preukázali, ako by sa platforma montáže mohla použiť na riadenie organizácie dvoch rôznych druhov materiálov s chemickými a optickými funkciami. V jednom prípade zostavili dva enzýmy a vytvorili 3-D polia s vysokou hustotou balenia. Hoci enzýmy zostali chemicky nezmenené, vykazovali asi štvornásobné zvýšenie enzymatickej aktivity. Tieto „nanoreaktory“ by sa mohli použiť na manipuláciu s kaskádovými reakciami a na umožnenie výroby chemicky aktívnych materiálov. Na demonštráciu optického materiálu zmiešali dve rôzne farby kvantových bodiek - drobných nanokryštálov, ktoré sa používajú na výrobu televíznych displejov s vysokou farbou saturácie a jasu. Obrázky zachytené fluorescenčným mikroskopom ukázali, že vytvorená mriežka si udržiavala čistotu farby pod difrakčným limitom (vlnová dĺžka) svetla; Táto vlastnosť by mohla umožniť výrazné zlepšenie rozlíšenia rôznych technológií zobrazovania a optickej komunikácie.
"Musíme prehodnotiť, ako je možné tvoriť materiály a ako fungujú," uviedol Gang. „Materiálny redizajn nemusí byť potrebný; Jednoducho zabalenie existujúcich materiálov novými spôsobmi by mohlo vylepšiť ich vlastnosti. Naša platforma by potenciálne mohla byť technológiou umožňujúcou technológiou „Beyond Tr 3-D Tlač“ na reguláciu materiálov v oveľa menších mierkach a s väčšou rozmanitosťou materiálu a navrhnutých kompozícií. Použitie rovnakého prístupu na vytvorenie 3-D mriežky z požadovaných nano-object rôznych materiálových tried, ktoré integrujú tie, ktoré by sa inak považovali za nekompatibilné, by mohla revolúciou v nanomanovaní. “
Materiály poskytované národným laboratóriom DOE/Brookhaven. Poznámka: Obsah môže byť upravený pre štýl a dĺžku.
Získajte najnovšie vedecké správy s bezplatnými e -mailovými spravodajcami ScienceAily, aktualizované denne a týždenne. Alebo si v čitateľke RSS zobrazte hodinové aktualizované novinky:
Povedzte nám, čo si myslíte o SccienceDaily - vítame pozitívne aj negatívne komentáre. Máte nejaké problémy s používaním stránky? Otázky?
Čas príspevku: júl-04-2022