Գիտնականները մշակել են հարթակ՝ նանո չափերի նյութական բաղադրիչները կամ «նանո-օբյեկտները» շատ տարբեր տեսակի՝ անօրգանական կամ օրգանական, հավաքելու համար ցանկալի 3-D կառուցվածքներում:Չնայած ինքնահավաքումը (SA) հաջողությամբ օգտագործվել է մի քանի տեսակների նանոնյութեր կազմակերպելու համար, գործընթացը չափազանց համակարգային է եղել՝ առաջացնելով տարբեր կառուցվածքներ՝ հիմնված նյութերի ներքին հատկությունների վրա:Ինչպես ասվում է Nature Materials-ում այսօր հրապարակված հոդվածում, նրանց նոր ԴՆԹ-ով ծրագրավորվող նանոպատրաստման հարթակը կարող է կիրառվել 3-D նյութերի մի շարք նույն սահմանված ձևերով կազմակերպելու համար նանոմաշտաբով (միլիարդերորդական մետր), որտեղ եզակի օպտիկական, քիմիական , և առաջանում են այլ հատկություններ:
«Գլխավոր պատճառներից մեկը, թե ինչու SA-ն պրակտիկ կիրառման համար ընտրված տեխնիկա չէ, այն է, որ նույն SA գործընթացը չի կարող կիրառվել նյութերի լայն շրջանակում՝ տարբեր նանոբաղադրիչներից միանման 3-D պատվիրված զանգվածներ ստեղծելու համար», - բացատրեց համապատասխան հեղինակ Օլեգ Գանգը: , Ֆունկցիոնալ նանոմատերիալների կենտրոնի (CFN) Փափուկ և կենսաբանական նանոմատերիալների խմբի ղեկավար՝ ԱՄՆ Էներգետիկայի դեպարտամենտի (DOE) Բրուքհավենի ազգային լաբորատորիայում գիտության օգտագործողների գրասենյակ, և քիմիական ճարտարագիտության և կիրառական ֆիզիկայի և ֆիզիկայի պրոֆեսոր։ Նյութերի գիտություն Կոլումբիայի ճարտարագիտության ոլորտում:«Այստեղ մենք անջատեցինք SA-ի գործընթացը նյութական հատկություններից՝ նախագծելով կոշտ բազմանիստ ԴՆԹ-ի շրջանակներ, որոնք կարող են պարփակել տարբեր անօրգանական կամ օրգանական նանո-օբյեկտներ, այդ թվում՝ մետաղներ, կիսահաղորդիչներ և նույնիսկ սպիտակուցներ և ֆերմենտներ»:
Գիտնականները մշակել են սինթետիկ ԴՆԹ շրջանակներ՝ խորանարդի, ութանիստի և քառաեդրոնի տեսքով։Շրջանակների ներսում կան ԴՆԹ «թևեր», որոնց հետ կարող են կապվել միայն նանո-օբյեկտները, որոնք ունեն լրացուցիչ ԴՆԹ հաջորդականություն:Այս նյութական վոքսելները՝ ԴՆԹ-ի շրջանակի և նանո-օբյեկտի ինտեգրումը, այն շինանյութերն են, որոնցից կարող են ստեղծվել մակրոմասշտաբային եռաչափ կառուցվածքներ:Շրջանակները միանում են միմյանց՝ անկախ նրանից, թե ինչպիսի նանո-օբյեկտ կա ներսում (թե ոչ)՝ ըստ իրենց գագաթներում կոդավորված լրացուցիչ հաջորդականությունների:Կախված իրենց ձևից՝ շրջանակներն ունեն տարբեր թվով գագաթներ և այդպիսով կազմում են բոլորովին տարբեր կառուցվածքներ:Շրջանակների ներսում տեղակայված ցանկացած նանո-օբյեկտ վերցնում է այդ շրջանակի կառուցվածքը:
Իրենց հավաքման մոտեցումը ցուցադրելու համար գիտնականներն ընտրել են մետաղական (ոսկի) և կիսահաղորդչային (կադմիումի սելենիդ) նանոմասնիկները և բակտերիալ սպիտակուցը (streptavidin)՝ որպես անօրգանական և օրգանական նանո-օբյեկտներ, որոնք տեղադրվելու են ԴՆԹ-ի շրջանակների ներսում:Նախ, նրանք հաստատեցին ԴՆԹ-ի շրջանակների ամբողջականությունը և նյութական վոքսելների ձևավորումը՝ էլեկտրոնային մանրադիտակներով պատկերելով CFN Էլեկտրոնային մանրադիտակի հաստատությունում և Վան Անդելի ինստիտուտում, որն ունի գործիքների հավաքածու, որոնք գործում են կենսաբանական նմուշների համար կրիոգեն ջերմաստիճանում:Այնուհետև նրանք զննեցին 3-D ցանցային կառուցվածքները Համահունչ կոշտ ռենտգենյան ցրման և բարդ նյութերի ցրման ճառագայթների Ազգային սինքրոտրոնային լույսի աղբյուր II-ի (NSLS-II)՝ Բրուքհեյվեն լաբորատորիայում գտնվող մեկ այլ DOE Science Office User Facility-ում:Կոլումբիայի ինժեներ Բիխովսկի Քիմիական ճարտարագիտության պրոֆեսոր Սանաթ Կումարը և նրա խումբը կատարեցին հաշվողական մոդելավորում՝ պարզելով, որ փորձնականորեն դիտարկված ցանցային կառուցվածքները (հիմնված ռենտգենյան ճառագայթների ցրման օրինաչափությունների վրա) թերմոդինամիկորեն ամենակայունն էին, որ կարող էին ձևավորել նյութական վոքսելները:
«Այս նյութական վոքսելները թույլ են տալիս մեզ սկսել օգտագործել ատոմներից (և մոլեկուլներից) և դրանց ձևավորված բյուրեղներից ստացված գաղափարները և փոխանցել այս հսկայական գիտելիքներն ու տվյալների բազան նանո մասշտաբով հետաքրքրող համակարգերին», - բացատրեց Կումարը:
Կոլումբիայի ավազակախմբի ուսանողներն այնուհետև ցույց տվեցին, թե ինչպես հավաքման հարթակը կարող է օգտագործվել քիմիական և օպտիկական գործառույթներով երկու տարբեր տեսակի նյութերի կազմակերպման համար:Մի դեպքում նրանք միասին հավաքեցին երկու ֆերմենտ՝ ստեղծելով 3D զանգվածներ՝ մեծ փաթեթավորման խտությամբ:Թեև ֆերմենտները քիմիապես անփոփոխ մնացին, նրանք ցույց տվեցին ֆերմենտային ակտիվության մոտ չորս անգամ աճ:Այս «նանորեակտորները» կարող են օգտագործվել կասկադային ռեակցիաները մանիպուլացնելու և քիմիապես ակտիվ նյութեր ստեղծելու հնարավորություն տալու համար:Օպտիկական նյութի ցուցադրման համար նրանք խառնել են երկու տարբեր գույների քվանտային կետեր՝ փոքրիկ նանոբյուրեղներ, որոնք օգտագործվում են գունային բարձր հագեցվածությամբ և պայծառությամբ հեռուստացույցներ պատրաստելու համար:Ֆլուորեսցենտային մանրադիտակով նկարահանված պատկերները ցույց են տվել, որ ձևավորված վանդակը պահպանում է գունային մաքրությունը լույսի դիֆրակցիոն սահմանից (ալիքի երկարությունից) ցածր;այս հատկությունը կարող է թույլ տալ զգալի լուծաչափի բարելավում ցուցադրման և օպտիկական հաղորդակցության տարբեր տեխնոլոգիաներում:
«Մենք պետք է վերանայենք, թե ինչպես կարող են ձևավորվել նյութերը և ինչպես են դրանք գործում», - ասաց Գանգը:«Նյութի վերանախագծումը կարող է անհրաժեշտ չլինել. պարզապես գոյություն ունեցող նյութերը նոր ձևերով փաթեթավորելը կարող է բարելավել դրանց հատկությունները: Հնարավոր է, որ մեր հարթակը կարող է լինել «3D տպագրության արտադրությունից դուրս» հնարավորություն ընձեռող տեխնոլոգիա՝ վերահսկելու նյութերը շատ ավելի փոքր մասշտաբներով և նյութերի ավելի մեծ բազմազանությամբ և Նախագծված կոմպոզիցիաներ: Օգտագործելով նույն մոտեցումը՝ տարբեր նյութերի դասերի ցանկալի նանո-օբյեկտներից 3-D ցանցեր ձևավորելու համար՝ ինտեգրելով նրանց, որոնք այլապես անհամատեղելի կհամարվեին, կարող է հեղափոխել նանոարտադրությունը»:
Նյութերը տրամադրվել են DOE/Brookhaven ազգային լաբորատորիայի կողմից:Նշում. Բովանդակությունը կարող է խմբագրվել ըստ ոճի և երկարության:
Ստացեք գիտության վերջին նորությունները ScienceDaily-ի անվճար էլ. տեղեկագրերի միջոցով, որոնք թարմացվում են ամեն օր և շաբաթական:Կամ դիտեք ամենժամյա թարմացվող լուրերի հոսքերը ձեր RSS ընթերցողով.
Ասեք մեզ, թե ինչ եք մտածում ScienceDaily-ի մասին. մենք ողջունում ենք ինչպես դրական, այնպես էլ բացասական մեկնաբանությունները:Կայքն օգտագործելիս որևէ խնդիր ունե՞ք:Հարցե՞ր:
Հրապարակման ժամանակը՝ Հունվար-14-2020