นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาแพลตฟอร์มสำหรับการประกอบส่วนประกอบวัสดุ nanosized หรือ "nano-objects" ประเภทที่แตกต่างกันมาก-อนินทรีย์หรืออินทรีย์-เป็นโครงสร้าง 3 มิติที่ต้องการ แม้ว่าการประกอบตัวเอง (SA) ได้ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการจัดระเบียบวัสดุนาโนหลายชนิด แต่กระบวนการนี้เป็นระบบที่เฉพาะเจาะจงอย่างมากสร้างโครงสร้างที่แตกต่างกันตามคุณสมบัติที่แท้จริงของวัสดุ ตามที่รายงานไว้ในกระดาษที่ตีพิมพ์ในวันนี้ในวัสดุธรรมชาติแพลตฟอร์มนาโนโปรตีนที่ตั้งโปรแกรมได้ใหม่ของพวกเขาสามารถนำไปใช้ในการจัดระเบียบวัสดุ 3 มิติที่หลากหลายในรูปแบบที่กำหนดเดียวกันในระดับนาโน (พันล้านเมตร)
“ หนึ่งในเหตุผลสำคัญที่ทำให้ SA ไม่ใช่เทคนิคการเลือกสำหรับการใช้งานจริงคือกระบวนการ SA เดียวกันไม่สามารถนำไปใช้กับวัสดุที่หลากหลายเพื่อสร้างอาร์เรย์ 3 มิติที่เหมือนกันจาก nanocomponents ที่แตกต่างกัน ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Brookhaven - และศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีและวิทยาศาสตร์การประยุกต์และวัสดุศาสตร์ที่ Columbia Engineering "ที่นี่เราแยกกระบวนการ SA ออกจากคุณสมบัติของวัสดุโดยการออกแบบเฟรมดีเอ็นเอโพลีเฮดที่แข็งซึ่งสามารถห่อหุ้มวัตถุนาโนอนินทรีย์หรืออินทรีย์ต่าง ๆ รวมถึงโลหะเซมิคอนดักเตอร์และโปรตีนและเอนไซม์"
นักวิทยาศาสตร์ได้ออกแบบเฟรมดีเอ็นเอสังเคราะห์ในรูปของลูกบาศก์แปดด้านและเตตฮีดรอน ภายในเฟรมคือ DNA "แขน" ที่มีเพียงวัตถุนาโนที่มีลำดับดีเอ็นเอเสริมเท่านั้นที่สามารถผูกมัดได้ Voxels วัสดุเหล่านี้-การรวมกันของเฟรม DNA และนาโน-วัตถุ-เป็นหน่วยการสร้างที่สามารถสร้างโครงสร้าง 3 มิติ macroscale ได้ เฟรมเชื่อมต่อซึ่งกันและกันโดยไม่คำนึงถึงชนิดของนาโน-วัตถุที่อยู่ภายใน (หรือไม่) ตามลำดับเสริมที่พวกเขาถูกเข้ารหัสด้วยจุดยอดของพวกเขา เฟรมมีจำนวนจุดยอดที่แตกต่างกันและทำให้เกิดโครงสร้างที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง วัตถุนาโนใด ๆ ที่โฮสต์อยู่ภายในเฟรมจะใช้โครงสร้างเฟรมเฉพาะนั้น
เพื่อแสดงให้เห็นถึงวิธีการประกอบของพวกเขานักวิทยาศาสตร์ได้เลือกโลหะ (ทองคำ) และเซมิคอนดักเตอร์ (แคดเมียมซีลีนด์) อนุภาคนาโนและโปรตีนแบคทีเรีย (Streptavidin) เป็นอนินทรีย์และอินทรีย์นาโนวัตถุที่อยู่ภายในเฟรม DNA ก่อนอื่นพวกเขายืนยันความสมบูรณ์ของเฟรม DNA และการก่อตัวของ voxels วัสดุโดยการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่โรงงานกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน CFN และสถาบัน Van Andel ซึ่งมีชุดเครื่องมือที่ทำงานที่อุณหภูมิอุณหภูมิแช่แข็งสำหรับตัวอย่างทางชีวภาพ จากนั้นพวกเขาก็ตรวจสอบโครงสร้างตาข่าย 3 มิติที่การกระเจิงเอ็กซ์เรย์ที่เชื่อมโยงกันอย่างแข็งขันและวัสดุที่ซับซ้อนกระเจิง beamlines ของแหล่งกำเนิดแสง Synchrotron แห่งชาติ II (NSLS-II)-สำนักงานผู้ใช้ DOE ของผู้ใช้ DOE อีกแห่งหนึ่งที่ Brookhaven Lab Columbia Engineering Bykhovsky ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมี Sanat Kumar และกลุ่มของเขาดำเนินการสร้างแบบจำลองการคำนวณเผยให้เห็นว่าโครงสร้างตาข่ายที่สังเกตได้จากการทดลอง (ตามรูปแบบการกระเจิงของ X-ray) เป็นสิ่งที่มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์มากที่สุด
“ วัสดุเหล่านี้ voxels ช่วยให้เราเริ่มใช้ความคิดที่ได้จากอะตอม (และโมเลกุล) และผลึกที่พวกเขาก่อตัวขึ้นและพอร์ตความรู้และฐานข้อมูลอันกว้างใหญ่นี้ไปยังระบบที่น่าสนใจที่ระดับนาโน” Kumar อธิบาย
นักเรียนของแก๊งค์ที่โคลัมเบียแสดงให้เห็นว่าแพลตฟอร์มการประกอบสามารถใช้ในการขับเคลื่อนการจัดระเบียบวัสดุสองชนิดที่แตกต่างกันด้วยฟังก์ชั่นทางเคมีและแสง ในกรณีหนึ่งพวกเขารวมเอนไซม์สองตัวสร้างอาร์เรย์ 3 มิติที่มีความหนาแน่นบรรจุสูง แม้ว่าเอนไซม์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงทางเคมี แต่พวกเขาก็แสดงให้เห็นถึงกิจกรรมของเอนไซม์เพิ่มขึ้นประมาณสี่เท่า "nanoreactors" เหล่านี้สามารถใช้ในการจัดการปฏิกิริยาน้ำตกและเปิดใช้งานการผลิตวัสดุที่ใช้งานทางเคมี สำหรับการสาธิตวัสดุออปติคัลพวกเขาผสมสองสีที่แตกต่างกันของจุดควอนตัม - นาโนคริสตัลเล็ก ๆ ที่ใช้ในการสร้างโทรทัศน์ที่มีความอิ่มตัวและความสว่างของสีสูง ภาพที่ถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์แสดงให้เห็นว่าตาข่ายที่เกิดขึ้นยังคงรักษาความบริสุทธิ์สีต่ำกว่าขีด จำกัด การเลี้ยวเบน (ความยาวคลื่น) ของแสง คุณสมบัตินี้อาจอนุญาตให้มีการปรับปรุงความละเอียดอย่างมีนัยสำคัญในเทคโนโลยีการแสดงผลและการสื่อสารด้วยแสงที่หลากหลาย
“ เราจำเป็นต้องคิดใหม่ว่าวัสดุสามารถเกิดขึ้นได้อย่างไรและวิธีการทำงาน” แก๊งกล่าว "การออกแบบวัสดุอาจไม่จำเป็นเพียงแค่บรรจุวัสดุที่มีอยู่ในรูปแบบใหม่สามารถเพิ่มคุณสมบัติของพวกเขาได้อาจเป็นแพลตฟอร์มของเราอาจเป็นเทคโนโลยีที่เปิดใช้งานได้เกินกว่าการผลิตการพิมพ์ 3 มิติเพื่อควบคุมวัสดุที่มีขนาดเล็กลง Nanomanufacturing "
วัสดุที่จัดทำโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติ DOE/Brookhaven หมายเหตุ: เนื้อหาอาจได้รับการแก้ไขสำหรับสไตล์และความยาว
รับข่าวสารวิทยาศาสตร์ล่าสุดด้วยจดหมายข่าวอีเมลฟรีของ Sciencedaily อัปเดตทุกวันและรายสัปดาห์ หรือดูฟีดข่าวที่อัปเดตรายชั่วโมงในเครื่องอ่าน RSS ของคุณ:
บอกเราว่าคุณคิดอย่างไรกับ ScienceDaily - เรายินดีต้อนรับทั้งความคิดเห็นเชิงบวกและเชิงลบ มีปัญหาในการใช้เว็บไซต์หรือไม่? คำถาม?
เวลาโพสต์: ม.ค. -14-2020