Bilim adamları, nano boyutlu malzeme bileşenlerini veya çok farklı türlerdeki (inorganik veya organik) "nano nesneleri" istenen 3 boyutlu yapılara birleştirmek için bir platform geliştirdiler.Her ne kadar kendi kendine düzenlenme (SA), çeşitli türlerdeki nanomateryalleri organize etmek için başarılı bir şekilde kullanılmış olsa da, süreç son derece sisteme özgü olup, malzemelerin kendine özgü özelliklerine dayalı olarak farklı yapılar üretmektedir.Bugün Nature Materials dergisinde yayınlanan bir makalede bildirildiği gibi, yeni DNA programlanabilir nanofabrikasyon platformu, çeşitli 3 boyutlu malzemeleri, benzersiz optik, kimyasal ve nano ölçekte (metrenin milyarda biri) aynı öngörülen yollarla düzenlemek için uygulanabilir. ve diğer özellikler ortaya çıkar.
İlgili yazar Oleg Gang, "SA'nın pratik uygulamalar için tercih edilen bir teknik olmamasının ana nedenlerinden biri, aynı SA işleminin, farklı nano bileşenlerden aynı 3 boyutlu sıralı diziler oluşturmak için geniş bir malzeme yelpazesine uygulanamamasıdır" diye açıkladı. , ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki Bilim Kullanıcı Tesisi Ofisi olan Fonksiyonel Nanomalzemeler Merkezi'nde (CFN) Yumuşak ve Biyo Nanomateryaller Grubunun lideri ve Kimya Mühendisliği ve Uygulamalı Fizik ve Profesör Columbia Engineering'de Malzeme Bilimi."Burada, metaller, yarı iletkenler ve hatta proteinler ve enzimler dahil olmak üzere çeşitli inorganik veya organik nano nesneleri kapsülleyebilen katı çok yüzlü DNA çerçeveleri tasarlayarak SA sürecini malzeme özelliklerinden ayırdık."
Bilim insanları küp, oktahedron ve tetrahedron şeklinde sentetik DNA çerçeveleri tasarladılar.Çerçevelerin içinde yalnızca tamamlayıcı DNA dizisine sahip nano nesnelerin bağlanabileceği DNA "kolları" bulunur.Bu maddi vokseller (DNA çerçevesi ve nano nesnenin entegrasyonu), makro ölçekli 3 boyutlu yapıların yapılabileceği yapı taşlarıdır.Çerçeveler, köşelerinde kodlandıkları tamamlayıcı dizilere göre, içinde ne tür bir nano nesne olduğuna (ya da içermediğine) bakılmaksızın birbirine bağlanır.Çerçevelerin şekillerine bağlı olarak farklı sayıda köşeleri vardır ve bu nedenle tamamen farklı yapılar oluştururlar.Çerçevelerin içinde barındırılan herhangi bir nano nesne, söz konusu çerçeve yapısını üstlenir.
Montaj yaklaşımlarını göstermek için bilim insanları, DNA çerçevelerinin içine yerleştirilecek inorganik ve organik nano nesneler olarak metalik (altın) ve yarı iletken (kadmiyum selenit) nanopartikülleri ve bir bakteriyel proteini (streptavidin) seçtiler.İlk olarak, biyolojik numuneler için kriyojenik sıcaklıklarda çalışan bir dizi cihaza sahip olan CFN Elektron Mikroskobu Tesisi ve Van Andel Enstitüsü'nde elektron mikroskopları ile görüntüleme yaparak DNA çerçevelerinin bütünlüğünü ve malzeme voksellerinin oluşumunu doğruladılar.Daha sonra Brookhaven Laboratuvarı'ndaki bir başka DOE Bilim Ofisi Kullanıcı Tesisi olan Ulusal Sinkrotron Işık Kaynağı II'nin (NSLS-II) Tutarlı Sert X-ışını Saçılımı ve Karmaşık Malzeme Saçılımı ışın hatlarındaki 3 boyutlu kafes yapılarını araştırdılar.Columbia Engineering Bykhovsky Kimya Mühendisliği Profesörü Sanat Kumar ve grubu, deneysel olarak gözlemlenen kafes yapılarının (x-ışını saçılma modellerine dayalı olarak) malzeme voksellerinin oluşturabileceği termodinamik açıdan en kararlı yapılar olduğunu ortaya koyan hesaplamalı modelleme gerçekleştirdi.
Kumar, "Bu maddi vokseller, atomlardan (ve moleküllerden) ve bunların oluşturdukları kristallerden türetilen fikirleri kullanmaya başlamamıza ve bu geniş bilgi ve veri tabanını nano ölçekte ilgi duyulan sistemlere aktarmamıza olanak tanıyor" diye açıkladı.
Gang'ın Columbia'daki öğrencileri daha sonra montaj platformunun, kimyasal ve optik işlevlere sahip iki farklı türdeki malzemenin organizasyonunu yönlendirmek için nasıl kullanılabileceğini gösterdiler.Bir durumda, iki enzimi bir araya getirerek yüksek paketleme yoğunluğuna sahip 3 boyutlu diziler oluşturdular.Enzimler kimyasal olarak değişmeden kalmasına rağmen, enzimatik aktivitede yaklaşık dört kat artış gösterdiler.Bu "nanoreaktörler", kademeli reaksiyonları manipüle etmek ve kimyasal olarak aktif malzemelerin üretimini mümkün kılmak için kullanılabilir.Optik malzeme gösterimi için, iki farklı renkteki kuantum noktalarını (yüksek renk doygunluğu ve parlaklığa sahip televizyon ekranları yapmak için kullanılan küçük nanokristaller) karıştırdılar.Floresan mikroskobuyla çekilen görüntüler, oluşturulan kafesin renk saflığını ışığın kırınım sınırının (dalga boyu) altında tuttuğunu gösterdi;bu özellik, çeşitli ekran ve optik iletişim teknolojilerinde önemli çözünürlük iyileştirmelerine olanak sağlayabilir.
Gang, "Malzemelerin nasıl oluşturulabileceğini ve nasıl işleyeceğini yeniden düşünmemiz gerekiyor" dedi."Malzemenin yeniden tasarlanması gerekli olmayabilir; yalnızca mevcut malzemeleri yeni yollarla paketlemek, özelliklerini geliştirebilir. Potansiyel olarak platformumuz, malzemeleri çok daha küçük ölçeklerde ve daha fazla malzeme çeşitliliğiyle kontrol etmek için '3 boyutlu baskı üretiminin ötesinde' olanak sağlayan bir teknoloji olabilir ve Farklı malzeme sınıflarından istenen nano nesnelerden 3 boyutlu kafesler oluşturmak için aynı yaklaşımı kullanmak, aksi takdirde uyumsuz olduğu düşünülenleri entegre etmek, nano üretimde devrim yaratabilir."
DOE/Brookhaven Ulusal Laboratuvarı tarafından sağlanan malzemeler.Not: İçerik stil ve uzunluk açısından düzenlenebilir.
ScienceDaily'nin günlük ve haftalık olarak güncellenen ücretsiz e-posta bültenleriyle en son bilim haberlerini alın.Veya saatlik olarak güncellenen haber akışlarını RSS okuyucunuzda görüntüleyin:
ScienceDaily hakkında ne düşündüğünüzü bize bildirin; hem olumlu hem de olumsuz yorumları memnuniyetle karşılıyoruz.Siteyi kullanırken herhangi bir sorun mu yaşıyorsunuz?Sorunuz mu var?
Gönderim zamanı: Ocak-14-2020