Vísindamenn hafa þróað vettvang til að setja saman nanosized efnisíhluti, eða „nano-hlutar“, af mjög mismunandi gerðum-ólífrænum eða lífrænum-í æskilegan 3-D mannvirki. Þrátt fyrir að sjálfsamsetning (SA) hafi verið notuð til að skipuleggja nanóefni af ýmsum toga, hefur ferlið verið afar kerfisbundið og myndað mismunandi mannvirki byggð á eðlislægum eiginleikum efnanna. Eins og greint er frá í grein sem birt var í dag í náttúruefni er hægt að beita nýjum DNA-forritanlegum nanofabrication vettvangi þeirra til að skipuleggja margs konar 3-D efni á sömu ávísaðan hátt við nanóskalann (milljarðar metra), þar sem einstök sjón-, efnafræðileg og aðrir eiginleikar koma fram.
„Ein helsta ástæðan fyrir því að SA er ekki tækni sem valin er fyrir hagnýt forrit er að ekki er hægt að beita sama SA ferlinu á breitt svið efna til að búa til eins 3-D pantaða fylki frá mismunandi nanocomponents,“ útskýrði samsvarandi höfundur Oleg Gang, leiðtogi mjúkra og líffræðilegra deildar orku (Doe) Rannsóknarstofa - og prófessor í efnaverkfræði og beitt eðlisfræði og efnisfræði við Columbia Engineering. „Hérna aftengdum við SA ferlið frá efniseiginleikum með því að hanna stífar fjölheilkirkju DNA ramma sem geta umlykur ýmsa ólífræna eða lífræna nanó-hlut, þar með talið málma, hálfleiðara og jafnvel prótein og ensím.“
Vísindamennirnir lögðu tilbúið DNA ramma í formi tenings, octahedron og tetrahedron. Inni í römmunum eru DNA „handleggir“ sem aðeins nano-hlutar með viðbótar DNA röð geta bundist við. Þessir efni voxels-samþætting DNA ramma og nanó-hlutar-eru byggingarreitirnir sem hægt er að búa til 3-D mannvirki. Rammarnir tengjast hver öðrum óháð því hvers konar nanó-hlutar eru inni (eða ekki) í samræmi við viðbótarröðina sem þeir eru kóðaðir með á hornpunktunum. Það fer eftir lögun þeirra, rammar hafa mismunandi fjölda hornpunkta og mynda þannig allt mismunandi mannvirki. Allir nanó-hlutar sem hýst er inni í römmunum taka á sig sérstaka ramma uppbyggingu.
Til að sýna fram á samsetningaraðferð sína völdu vísindamennirnir málm (gull) og hálfleiðandi (kadmíum seleníð) nanóagnir og bakteríuprótein (streptavidin) sem ólífræn og lífræn nanó-hlutar sem setja á innan DNA ramma. Í fyrsta lagi staðfestu þeir heiðarleika DNA ramma og myndunar efnis voxels með myndgreiningu með rafeindasmásjáum á CFN rafeindasmásjá og Van Andel Institute, sem hefur föruneyti af tækjum sem starfa við kryógenhita fyrir líffræðileg sýni. Þeir prófuðu síðan 3-D grindarvirkin við samhangandi harða röntgen dreifingu og flókin efni sem dreifði geislalínum National Synchrotron Light Source II (NSLS-II)-Önnur DOE Office of Science User Facility í Brookhaven Lab. Kólumbía verkfræði Bykhovsky prófessor í efnaverkfræði Sanat Kumar og hópur hans framkvæmdu reikniaðferð sem leiddi í ljós að tilraunakennd grindarvirki (byggð á röntgengeislunarmynstrunum) voru þau hitafræðilegustu stöðugu sem efnið voxels gæti myndað.
„Þessi efni voxels gerir okkur kleift að byrja að nota hugmyndir sem eru unnar úr atómum (og sameindum) og kristöllunum sem þær mynda og flytja þessa mikla þekkingu og gagnagrunn í kerfum sem vekja áhuga á nanóskalanum,“ útskýrði Kumar.
Nemendur klíka í Columbia sýndu síðan hvernig hægt væri að nota samsetningarpallinn til að knýja skipulag á tvenns konar efni með efnafræðilegum og sjónaðgerðum. Í einu tilviki komu þeir saman tvö ensím og bjuggu til 3-D fylki með mikilli pökkunarþéttleika. Þrátt fyrir að ensímin héldust efnafræðilega óbreytt, sýndu þau um fjórföld aukningu á ensímvirkni. Þessir „nanoreactors“ mætti nota til að vinna með cascade viðbrögð og gera kleift að búa til efnafræðilega virk efni. Fyrir sýnikennsluna á sjónefninu blanduðu þeir saman tveimur mismunandi litum af skammtapunktum - pínulitlum nanókristöllum sem eru notaðir til að gera sjónvarpssýningar með mikilli litamettun og birtustig. Myndir sem teknar voru með flúrljómun smásjá sýndu að myndaða grindurnar héldu litahreinleika undir dreifingarmörkum (bylgjulengd) ljóss; Þessi eign gæti gert ráð fyrir umtalsverðum endurbótum á ýmsum skjá- og sjónsamskiptatækni.
„Við verðum að endurskoða hvernig hægt er að mynda efni og hvernig þau virka,“ sagði Gang. „Efni endurhönnun kann ekki að vera nauðsynleg; Einfaldlega að pakka núverandi efni á nýjan hátt gæti aukið eiginleika þeirra. Hugsanlega gæti vettvangur okkar verið kleift tækni „umfram 3-D prentun“ til að stjórna efnum á miklu minni mælikvarða og með meiri efnislegum fjölbreytni og hönnuðum samsetningum. Með því að nota sömu nálgun til að mynda 3-D grindur úr æskilegum nanó-hlutum mismunandi efnisflokka og samþætta þá sem annars væru taldir ósamrýmanlegir, gæti gjörbylt nanomanomuframleiðslu. “
Efni veitt af DOE/Brookhaven National Laboratory. Athugasemd: Hægt er að breyta innihaldi fyrir stíl og lengd.
Fáðu nýjustu vísinda fréttirnar með ókeypis fréttabréfum Sciencedaily, uppfærð daglega og vikulega. Eða skoðaðu klukkutíma uppfærða fréttamiðlana í RSS lesandanum þínum:
Segðu okkur hvað þér finnst um Sciencedaily - við fögnum bæði jákvæðum og neikvæðum athugasemdum. Ertu í vandræðum með að nota síðuna? Spurningar?
Pósttími: júl-04-2022