دانشمندان بستری را برای مونتاژ اجزای مواد نانوسی شده یا "نانو اوبات" از انواع بسیار متفاوت-معدنی یا ارگانیک-در ساختارهای 3 بعدی مورد نظر ایجاد کرده اند. اگرچه خود مونتاژ (SA) با موفقیت برای سازماندهی نانومواد از انواع مختلف مورد استفاده قرار گرفته است ، این فرایند بسیار خاص سیستم بوده و ساختارهای مختلفی را بر اساس خواص ذاتی مواد تولید می کند. همانطور که در مقاله ای که امروزه در طبیعت مواد منتشر شده است ، گزارش شده است ، می توان از سکوی نانو تولید جدید DNA قابل برنامه ریزی برای سازماندهی انواع مواد 3 بعدی به همان روشهای تجویز شده در نانو (میلیاردهای متر) استفاده کرد ، جایی که نوری ، شیمیایی و سایر خواص بی نظیر است.
"یکی از مهمترین دلایلی که SA یک تکنیک انتخاب برای کاربردهای عملی نیست این است که همان فرآیند SA را نمی توان در طیف گسترده ای از مواد برای ایجاد آرایه های مرتب شده 3 بعدی از نانومنتیک های مختلف استفاده کرد." آزمایشگاه ملی - و استاد مهندسی شیمی و علوم فیزیک و مواد کاربردی در مهندسی کلمبیا. "در اینجا ، ما فرآیند SA را از خصوصیات مواد با طراحی قاب های DNA چند قطبی سفت و سخت که می تواند نانوذرات مختلف معدنی یا آلی از جمله فلزات ، نیمه هادی ها و حتی پروتئین ها و آنزیم ها را محاصره کند ، جدا کردیم."
دانشمندان فریم های DNA مصنوعی را به شکل یک مکعب ، هشت ضلعی و Tetrahedron مهندسی کردند. در داخل قاب ها "بازوها" DNA وجود دارد که فقط نانو با توالی DNA مکمل می توانند به آن متصل شوند. این وکسل های مواد-ادغام قاب DNA و نانو شیء-بلوک های ساختمانی هستند که از آنها می توان ساختارهای 3 بعدی ماکروسکوله را ساخت. فریم ها بدون در نظر گرفتن توالی مکمل که در راس های خود رمزگذاری می شوند ، به یکدیگر متصل می شوند. بسته به شکل آنها ، فریم ها تعداد متفاوتی از راس ها دارند و بنابراین ساختارهای کاملاً متفاوتی تشکیل می دهند. هر گونه نانویی که در داخل فریم ها میزبان آن ساختار فریم خاص است.
برای نشان دادن رویکرد مونتاژ خود ، دانشمندان نانوذرات فلزی (طلا) و نیمه هادی (کادمیوم سلنید) و یک پروتئین باکتریایی (استرپتاویدین) را به عنوان نانوذرات معدنی و آلی در داخل قاب های DNA انتخاب کردند. اول ، آنها یکپارچگی قاب های DNA و تشکیل وکسل های مواد را با تصویربرداری با میکروسکوپ های الکترونی در مرکز میکروسکوپ الکترونی CFN و موسسه ون اندل تأیید کردند ، که مجموعه ای از ابزارهایی دارد که در دمای کرایوژنیک برای نمونه های بیولوژیکی کار می کنند. آنها سپس ساختارهای مشبک 3 بعدی را در پراکندگی منسجم پرتوی ایکس و مواد پیچیده پراکندگی پرتوهای پراکندگی ملی Synchrotron Light Source II (NSLS-II) بررسی کردند-یکی دیگر از دفتر کاربری علوم DOE در آزمایشگاه بروکاوون. مهندسی کلمبیا Bykhovsky استاد مهندسی شیمی Sanat Kumar و گروه وی مدل سازی محاسباتی را انجام دادند که نشان می دهد ساختارهای مشبک مشاهده شده آزمایش شده (بر اساس الگوهای پراکندگی اشعه ایکس) بیشترین ترمودینامیکی پایداری بودند که وکسل های مواد می توانند تشکیل دهند.
کومار توضیح داد: "این وکسل های مواد به ما این امکان را می دهند تا از ایده های حاصل از اتم ها (و مولکول ها) و کریستال هایی که تشکیل می دهند استفاده کنیم و این دانش و بانک اطلاعاتی گسترده را به سیستم های مورد علاقه در نانو منتقل کنیم."
دانش آموزان باند در کلمبیا سپس نشان دادند که چگونه می توان از پلت فرم مونتاژ برای هدایت سازمان دو نوع مواد مختلف با عملکردهای شیمیایی و نوری استفاده کرد. در یک مورد ، آنها دو آنزیم را جمع کردند و آرایه های 3 بعدی با چگالی بسته بندی بالا ایجاد کردند. اگرچه آنزیم ها از نظر شیمیایی بدون تغییر باقی مانده اند ، اما آنها در مورد افزایش چهار برابر فعالیت آنزیمی نشان دادند. از این "نانورها" می توان برای دستکاری در واکنش های آبشار استفاده کرد و ساخت مواد شیمیایی فعال را امکان پذیر کرد. برای تظاهرات مواد نوری ، آنها دو رنگ مختلف از نقاط کوانتومی را مخلوط کردند - نانوکریستال های ریز که برای ساخت نمایشگرهای تلویزیونی با اشباع رنگ بالا و روشنایی استفاده می شوند. تصاویر ضبط شده با میکروسکوپ فلورسانس نشان داد که شبکه تشکیل شده خلوص رنگ را در زیر حد پراش (طول موج) نور حفظ می کند. این خاصیت می تواند بهبود قابل توجهی در وضوح در فن آوری های مختلف نمایشگر و ارتباط نوری فراهم کند.
باند گفت: "ما باید در مورد چگونگی شکل گیری مواد و عملکرد آنها تجدید نظر کنیم." "طراحی مجدد مواد ممکن است لازم نباشد. به سادگی بسته بندی مواد موجود به روش های جدید می تواند خواص آنها را تقویت کند. به طور بالقوه ، پلتفرم ما می تواند یک فناوری فعال "فراتر از تولید چاپ 3 بعدی" برای کنترل مواد در مقیاس های بسیار کوچکتر و با تنوع بیشتر مواد و ترکیبات طراحی شده باشد. با استفاده از همین رویکرد برای شکل دادن به شبکه های 3 بعدی از نانوذرات مورد نظر از کلاسهای مختلف ، ادغام مواردی که در غیر این صورت ناسازگار تلقی می شوند ، می توانند تحول در تولید نانو ایجاد کنند. "
مواد تهیه شده توسط آزمایشگاه ملی DOE/Brookhaven. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.
آخرین اخبار علمی را با خبرنامه های ایمیل رایگان Scienced Daily ، روزانه و هفتگی به روز کنید. یا خبرنامه های به روز شده ساعتی را در خواننده RSS خود مشاهده کنید:
به ما بگویید که درباره Scienced Daily چه فکر می کنید - ما از نظرات مثبت و منفی استقبال می کنیم. با استفاده از سایت مشکلی دارید؟ سوال؟
زمان پست: ژوئیه 04-2022