Научниците развија платформа за склопување на нано-големи материјални компоненти, или „нано-објекти“ од многу различни типови - неоргански или органски - во посакуваните 3-Д структури.Иако самосклопувањето (SA) успешно се користи за организирање наноматеријали од неколку видови, процесот е исклучително специфичен за системот, генерирајќи различни структури засновани на внатрешните својства на материјалите.Како што е објавено во трудот објавен денеска во Nature Materials, нивната нова платформа за нанофабрикување што може да се програмира со ДНК може да се примени за да се организираат разновидни 3-Д материјали на истите пропишани начини во наноскала (милијардити дел од метар), каде што уникатни оптички, хемиски , и се појавуваат други својства.
„Една од главните причини зошто SA не е техника на избор за практични апликации е тоа што истиот процес SA не може да се примени на широк опсег на материјали за да се создадат идентични 3-D нарачани низи од различни нанокомпоненти“, објасни соодветниот автор Олег Ганг. , водач на групата за меки и био наноматеријали во Центарот за функционални наноматеријали (CFN) -- кориснички објект на Канцеларијата за наука на американското Министерство за енергија (DOE) во Националната лабораторија Брукхевен -- и професор по хемиско инженерство и применета физика и Наука за материјали во Колумбија инженерство.„Овде, го одвоивме процесот SA од својствата на материјалот со дизајнирање цврсти полиедарни ДНК рамки кои можат да инкапсулираат различни неоргански или органски нано-објекти, вклучувајќи метали, полупроводници, па дури и протеини и ензими“.
Научниците конструирале синтетички ДНК рамки во форма на коцка, октаедар и тетраедар.Внатре во рамките има ДНК „раце“ за кои можат да се поврзат само нано-објекти со комплементарната ДНК секвенца.Овие материјални воксели -- интеграцијата на рамката на ДНК и нано-објектот -- се градежни блокови од кои може да се направат 3-Д структури во макроскала.Рамките се поврзуваат една со друга без оглед на тоа каков вид нано-објект има внатре (или не) според комплементарните секвенци со кои се кодирани на нивните темиња.Во зависност од нивната форма, рамките имаат различен број темиња и на тој начин формираат сосема различни структури.Сите нано-објекти сместени во рамките ја преземаат таа специфична структура на рамката.
За да го демонстрираат својот пристап на склопување, научниците избраа метални (злато) и полупроводнички (кадмиум селенид) наночестички и бактериски протеин (стрептавидин) како неоргански и органски нано-објекти што треба да се стават во рамките на ДНК.Прво, тие го потврдија интегритетот на рамките на ДНК и формирањето на материјални воксели со сликање со електронски микроскопи во објектот за електронска микроскопија CFN и Институтот Ван Андел, кој има пакет инструменти кои работат на криогени температури за биолошки примероци.Тие потоа ги испитуваа структурите на 3-Д решетка во зраците на кохерентно расејување на тврди рендгенски зраци и сложени материјали на Националниот синхротрон извор на светлина II (NSLS-II) - друг кориснички објект на DOE Office of Science во Брукхевен Лаб.Професорот по хемиско инженерство Биховски, Колумбија инженеринг, Санат Кумар и неговата група извршија пресметковно моделирање, откривајќи дека експериментално набљудуваните структури на решетка (врз основа на шемите на расејување на рентген) се термодинамички најстабилните што може да ги формираат вокселите на материјалот.
„Овие материјални воксели ни овозможуваат да започнеме да користиме идеи добиени од атомите (и молекулите) и кристалите што тие ги формираат, и да го пренесеме ова огромно знаење и база на податоци до системи од интерес во наноскала“, објасни Кумар.
Студентите на Ганг во Колумбија потоа демонстрираа како платформата за склопување може да се користи за да се поттикне организацијата на два различни видови материјали со хемиски и оптички функции.Во еден случај, тие заедно собраа два ензими, создавајќи 3-Д низи со висока густина на пакување.Иако ензимите останаа хемиски непроменети, тие покажаа околу четирикратно зголемување на ензимската активност.Овие „нанореактори“ би можеле да се користат за манипулирање со каскадни реакции и овозможување на производство на хемиски активни материјали.За демонстрација на оптичкиот материјал, тие измешаа две различни бои на квантни точки - ситни нанокристали кои се користат за правење телевизиски дисплеи со висока заситеност на бои и осветленост.Сликите снимени со флуоресцентен микроскоп покажаа дека формираната решетка ја одржува чистотата на бојата под границата на дифракција (бранова должина) на светлината;ова својство може да овозможи значително подобрување на резолуцијата во различни технологии за приказ и оптички комуникациски технологии.
„Треба повторно да размислиме како материјалите можат да се формираат и како тие функционираат“, рече Ганг.„Можеби не е потребен редизајн на материјали; едноставното пакување на постоечките материјали на нови начини може да ги подобри нивните својства. Дизајнирани композиции. Користењето на истиот пристап за формирање на 3-Д решетки од посакуваните нано-објекти од различни класи на материјали, интегрирајќи ги оние кои инаку би се сметале за некомпатибилни, би можело да го револуционизира нано-производството.
Материјалите обезбедени од DOE/Brookhaven National Laboratory.Забелешка: содржината може да се уредува според стил и должина.
Добијте ги најновите научни вести со бесплатните билтени за е-пошта на ScienceDaily, ажурирани секојдневно и неделно.Или гледајте ажурирани вести на час во вашиот RSS читач:
Кажете ни што мислите за ScienceDaily -- ги поздравуваме и позитивните и негативните коментари.Дали имате проблеми со користење на страницата?Прашања?
Време на објавување: Јан-14-2020