I scientisti anu sviluppatu una piattaforma per l'assemblea di cumpunenti di materiale nanosized, o "nano-oggetti", di tipi assai diffirenti - inorganici o organici - in strutture 3-D desiderate.Ancu se l'auto-assemblea (SA) hè stata aduprata cù successu per urganizà nanomateriali di parechji tipi, u prucessu hè statu estremamente specificu di u sistema, generendu diverse strutture basate nantu à e proprietà intrinseche di i materiali.Cum'è infurmatu in un documentu publicatu oghje in Nature Materials, a so nova piattaforma di nanofabricazione programmabile in DNA pò esse appiicata à urganizà una varietà di materiali 3-D in i stessi modi prescritti à a nanoscala (billionths di un metru), induve unicu otticu, chimicu. , è altre proprietà emergenu.
"Una di e ragioni principali perchè SA ùn hè micca una tecnica di scelta per l'applicazioni pratiche hè chì u stessu prucessu SA ùn pò micca esse appiicatu in una larga gamma di materiali per creà arrays 3-D urdinati identici da diversi nanocomponenti", spiegò l'autore currispundente Oleg Gang. , capu di u Gruppu di Nanomateriali Soft è Bio in u Centru per Nanomateriali Funzionali (CFN) -- un Uffiziu di l'Usuariu di l'Usuariu di l'Uffiziu di u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti (DOE) in u Laboratoriu Naziunale di Brookhaven - è un prufessore di Ingegneria Chimica è di Fisica Applicata è Scienza di i Materiali à Columbia Engineering."Qui, avemu decoupled u prucessu SA da e pruprietà materiale da cuncepimentu di cornici rigidi di DNA poliedrichi chì ponu incapsulate diversi nano-oggetti inorganici o organici, cumpresi metalli, semiconduttori, è ancu proteini è enzimi".
I scientisti anu ingegneriatu cornici di DNA sintetici in forma di cubu, ottaedru è tetraedru.Dentru i frames sò "armi" di DNA chì solu i nano-ogetti cù a sequenza di DNA cumplementaria ponu ligà.Questi voxels materiale - l'integrazione di u quadru di DNA è nano-ughjettu - sò i blocchi di custruzzione da quale ponu esse fatte strutture macroscale 3-D.I frames si cunnettanu l'un à l'altru indipendentemente da quale tipu di nano-ughjettu hè in (o micca) secondu e sequenze cumplementarii chì sò codificati à i so vertici.Sicondu a so forma, i frames anu un numeru sfarente di vertici è cusì formanu strutture completamente diverse.Ogni nano-oggetti ospitati in i frames piglianu quella struttura di frame specifica.
Per dimustrà u so approcciu di l'assemblea, i scientisti anu sceltu nanoparticule metalliche (oru) è semiconduttive (selenidu di cadmiu) è una proteina bacteriana (streptavidina) cum'è nano-ogetti inorganici è organici per esse piazzati in i frames di DNA.Prima, anu cunfirmatu l'integrità di i frames di l'ADN è a furmazione di voxels materiale da l'imaghjini cù microscopi elettroni à a CFN Electron Microscopy Facility è l'Istitutu Van Andel, chì hà una suite di strumenti chì operanu à temperature criogeniche per campioni biologichi.Dopu anu sondatu e strutture di lattice 3-D in e linee di fascio Coherent Hard X-ray Scattering è Complex Materials Scattering di u National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - un altru Uffiziu di l'Usuariu di Scienze di u DOE in Brookhaven Lab.Columbia Engineering Bykhovsky Prufissore di Ingegneria Chimica Sanat Kumar è u so gruppu anu realizatu un modellu computazionale chì palesa chì e strutture di reticulate osservate sperimentalmente (basate nantu à i mudelli di scattering di raghji X) eranu i più stabili termodinamicamenti chì i voxels materiali puderanu furmà.
"Questi voxels materiali ci permettenu di cumincià à aduprà idee derivate da l'atomi (è molécule) è i cristalli chì formanu, è portà sta vasta cunniscenza è basa di dati à sistemi d'interessu à a nanoscala", spiegò Kumar.
I studienti di Gang in Columbia anu dimustratu allora cumu a piattaforma di assemblea puderia esse aduprata per guidà l'urganizazione di dui tipi di materiali cù funzioni chimiche è ottiche.In un casu, anu co-assemblatu dui enzimi, creendu arrays 3-D cù una alta densità di imballaggio.Ancu se l'enzimi sò stati chimicamente invariati, anu dimustratu circa un quadru quadru di l'attività enzimatica.Questi "nanoreattori" puderanu esse aduprati per manipulà e reazzioni in cascata è permettenu a fabricazione di materiali chimicamente attivi.Per a dimostrazione di u materiale otticu, anu mischjatu dui culori diffirenti di punti quantistici - nanocristalli minuscoli chì sò stati aduprati per fà display di televisione cù alta saturazione di culore è luminosità.L'imaghjini catturati cù un microscopiu di fluoriscenza anu dimustratu chì a lattice formata mantene a purità di u culore sottu à u limitu di diffrazione (lunghezza d'onda) di a luce;sta pruprietà puderia permette una migliione significativa di a risoluzione in diverse tecnulugia di visualizazione è di cumunicazione ottica.
"Avemu bisognu di ripensà cumu i materiali ponu esse furmati è cumu funzionanu", disse Gang."U riprogettazione di u materiale pò esse micca necessariu; simpricimenti imballà i materiali esistenti in modi novi puderanu rinfurzà e so proprietà. Potenzialmente, a nostra piattaforma puderia esse una tecnulugia chì permette "al di là di a fabricazione di stampa 3-D" per cuntrullà i materiali à scale assai più chjuche è cù una varietà di materiale più grande è Cumpusizioni disignati. Utilizendu u listessu approcciu per furmà lattice 3-D da nano-oggetti desiderati di diverse classi di materiale, integrendu quelli chì altrimenti seranu cunsiderati incompatibili, puderanu rivoluzionari a nanomanufacturing ".
Materiali furniti da DOE / Laboratoriu Naziunale di Brookhaven.Nota: U cuntenutu pò esse editatu per stile è durata.
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Tempu di pubblicazione: 14-Jan-2020