Vísindamenn hafa þróað vettvang til að setja saman efnishluta í nanóstærð, eða „nano-hlutir,“ af mjög mismunandi gerðum - ólífrænum eða lífrænum - í æskilegar 3-D mannvirki. Þrátt fyrir að sjálfsamsetning (SA) hafi verið notuð með góðum árangri til að skipuleggja nanóefni af ýmsum gerðum, hefur ferlið verið afar kerfissérhæft og myndað mismunandi uppbyggingu byggt á innri eiginleikum efnanna. Eins og greint var frá í grein sem birt var í dag í Nature Materials, er hægt að beita nýja DNA-forritanlegum nanofabrication vettvangi þeirra til að skipuleggja margs konar 3-D efni á sömu tilskildu hátt á nanóskala (milljarðaustu úr metra), þar sem einstakt sjón-, efnafræðilegt efni. , og aðrar eignir koma fram.
„Ein aðalástæðan fyrir því að SA er ekki valtækni fyrir hagnýt notkun er sú að ekki er hægt að beita sama SA ferli yfir fjölbreytt úrval efna til að búa til eins 3-D röðuð fylki úr mismunandi nanóíhlutum,“ útskýrði samsvarandi höfundur Oleg Gang , leiðtogi Soft and Bio Nanomaterials Group við Center for Functional Nanomaterials (CFN) - notendaaðstöðu bandaríska orkumálaráðuneytisins (DOE) vísindaskrifstofu við Brookhaven National Laboratory — og prófessor í efnaverkfræði og hagnýtri eðlisfræði og efnisfræði við Columbia Engineering. „Hér aftengdum við SA-ferlið frá efniseiginleikum með því að hanna stífa fjölhýðna DNA ramma sem geta hjúpað ýmsa ólífræna eða lífræna nanóhluti, þar á meðal málma, hálfleiðara og jafnvel prótein og ensím.
Vísindamennirnir smíðuðu tilbúna DNA ramma í formi teninga, áttundar og fjórþunga. Inni í rammanum eru DNA „armar“ sem aðeins nanó-hlutir með viðbótar DNA röð geta tengst. Þessir efnisvoxlar - samþætting DNA rammans og nanóhlutarins - eru byggingareiningarnar sem hægt er að búa til þrívíddarbyggingar í stórum stíl. Rammarnir tengjast hver öðrum óháð því hvers konar nanó-hlutur er inni (eða ekki) í samræmi við viðbótarröð sem þeir eru kóðaðir með á hornpunktum sínum. Það fer eftir lögun þeirra, rammar hafa mismunandi fjölda hornpunkta og mynda þannig gjörólíka uppbyggingu. Allir nanóhlutir sem hýstir eru inni í rammanum taka á sig þá tilteknu rammabyggingu.
Til að sýna fram á samsetningaraðferð sína völdu vísindamennirnir málm- (gull) og hálfleiðandi (kadmíumseleníð) nanóagnir og bakteríuprótein (streptavidin) sem ólífrænu og lífrænu nanóhlutina til að setja inn í DNA rammana. Í fyrsta lagi staðfestu þeir heilleika DNA ramma og myndun efnisvoxels með myndgreiningu með rafeindasmásjáum á CFN rafeindasmásjárstöðinni og Van Andel Institute, sem hefur föruneyti af tækjum sem starfa við frosthitastig fyrir lífsýni. Þeir rannsökuðu síðan 3-D grindarmannvirki við samræmda hörð röntgengeisladreifingu og flókin efnisdreifingu geislalína National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - annar DOE Office of Science notendaaðstaða við Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky prófessor í efnaverkfræði Sanat Kumar og hópur hans framkvæmdu reiknilíkön sem leiddi í ljós að grindarbyggingar sem skoðaðar voru með tilraunum (byggt á röntgengeisladreifingarmynstrinu) voru þær varmafræðilega stöðugustu sem efnisvoxelarnir gætu myndað.
„Þessir efnisvoxlar gera okkur kleift að byrja að nota hugmyndir sem eru fengnar úr atómum (og sameindum) og kristöllum sem þeir mynda, og flytja þessa miklu þekkingu og gagnagrunn til áhugakerfa á nanóskala,“ útskýrði Kumar.
Nemendur Gang í Kólumbíu sýndu síðan hvernig hægt væri að nota samsetningarvettvanginn til að knýja skipulag tveggja mismunandi efna með efna- og sjónvirkni. Í einu tilviki settu þeir saman tvö ensím og bjuggu til 3-D fylki með miklum pökkunarþéttleika. Þó að ensímin hafi verið efnafræðilega óbreytt, sýndu þau um það bil fjórfalda aukningu á ensímvirkni. Þessa „nanoreactors“ væri hægt að nota til að stjórna fossahvörfum og gera kleift að búa til efnafræðilega virk efni. Fyrir sýnikennsluna á sjónrænu efni blanduðu þeir saman tveimur mismunandi litum skammtapunkta - örsmáir nanókristallar sem eru notaðir til að búa til sjónvarpsskjái með mikilli litamettun og birtustig. Myndir sem teknar voru með flúrljómunarsmásjá sýndu að myndað grindurinn hélt lithreinleika undir sveiflumörkum (bylgjulengd) ljóss; þessi eign gæti gert ráð fyrir verulega bættri upplausn í ýmsum skjá- og sjónsamskiptatækni.
„Við þurfum að endurskoða hvernig hægt er að mynda efni og hvernig þau virka,“ sagði Gang. „Endurhönnun efnis er kannski ekki nauðsynleg; einfaldlega að pakka núverandi efni á nýjan hátt gæti aukið eiginleika þeirra. Hugsanlega gæti vettvangurinn okkar verið tækni sem gerir „handan við 3-D prentunarframleiðslu“ kleift að stjórna efnum í mun minni mælikvarða og með meiri efnisfjölbreytni og hönnuðum samsetningum. Að nota sömu nálgun til að mynda 3-D grindur úr æskilegum nanóhlutum af mismunandi efnisflokkum, samþætta þá sem annars myndu teljast ósamrýmanlegir, gæti gjörbylt nanóframleiðslu.“
Efni veitt af DOE/Brookhaven National Laboratory. Athugið: Efni gæti verið breytt fyrir stíl og lengd.
Fáðu nýjustu vísindafréttir með ókeypis fréttabréfum ScienceDaily í tölvupósti, uppfærð daglega og vikulega. Eða skoðaðu uppfærða fréttastrauma á klukkutíma fresti í RSS lesandanum þínum:
Segðu okkur hvað þér finnst um ScienceDaily - við fögnum bæði jákvæðum og neikvæðum athugasemdum. Áttu í vandræðum með að nota síðuna? Spurningar?
Pósttími: júlí-04-2022