Wittenskippers hawwe in platfoarm ûntwikkele foar it gearstallen fan nanogrutte materiaalkomponinten, of "nano-objekten", fan heul ferskillende soarten - anorganysk as organysk - yn winske 3-D-struktueren. Hoewol selsassemblage (SA) mei súkses is brûkt om ferskate soarten nanomaterialen te organisearjen, hat it proses ekstreem systeemspesifyk west, en genereare ferskate struktueren basearre op de yntrinsike eigenskippen fan 'e materialen. Lykas rapportearre yn in papier hjoed publisearre yn Nature Materials, kin har nije DNA-programmearbere nanofabricaasjeplatfoarm tapast wurde om in ferskaat oan 3-D materialen te organisearjen op deselde foarskreaune manieren op 'e nanoskaal (miljardste fan in meter), wêr't unyk optyske, gemyske , en oare eigenskippen ûntsteane.
"Ien fan 'e wichtichste redenen wêrom't SA gjin technyk is fan kar foar praktyske tapassingen is dat itselde SA-proses net tapast wurde kin oer in breed skala oan materialen om identike 3-D bestelde arrays te meitsjen fan ferskate nanokomponinten," ferklearre korrespondearjende auteur Oleg Gang , lieder fan 'e Soft and Bio Nanomaterials Group by it Centre for Functional Nanomaterials (CFN) - in US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility by Brookhaven National Laboratory - en in heechlearaar Chemical Engineering en fan Applied Physics and Materials Science by Columbia Engineering. "Hjir hawwe wy it SA-proses loskeppele fan materiaaleigenskippen troch it ûntwerpen fan stive polyhedrale DNA-frames dy't ferskate anorganyske as organyske nano-objekten kinne ynkapselje, ynklusyf metalen, semiconductors, en sels aaiwiten en enzymen."
De wittenskippers makken syntetyske DNA-frames yn 'e foarm fan in kubus, octaëder en tetraëder. Binnen de frames binne DNA "earmen" dat allinnich nano-objekten mei de komplemintêre DNA folchoarder kinne bine oan. Dizze materiële voxels - de yntegraasje fan it DNA-frame en nano-objekt - binne de boustiennen wêrfan makroskaal 3-D-struktueren makke wurde kinne. De frames ferbine mei elkoar, nettsjinsteande hokker soarte nano-objekt binnen is (of net) neffens de komplementêre sekwinsjes wêrmei't se kodearre binne op har hoekpunten. Ofhinklik fan har foarm hawwe frames in oar oantal hoekpunten en foarmje sa folslein oare struktueren. Alle nano-objekten dy't binnen de frames host wurde nimme dy spesifike framestruktuer oan.
Om har assemblage-oanpak te demonstrearjen selekteare de wittenskippers metallyske (gouden) en semi-liedende (cadmiumselenide) nanopartikels en in baktearjele proteïne (streptavidin) as de anorganyske en organyske nano-objekten dy't yn 'e DNA-frames moatte wurde pleatst. Earst befêstige se de yntegriteit fan 'e DNA-frames en de formaasje fan materiaal voxels troch ôfbylding mei elektroanenmikroskopen by de CFN Electron Microscopy Facility en it Van Andel Institute, dy't in suite fan ynstruminten hat dy't operearje by kryogenyske temperatueren foar biologyske samples. Se ûndersochten doe de 3-D lattice-struktueren by de gearhingjende hurde röntgenstraalferstrooiing en komplekse materialen ferspriede beamlines fan 'e National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - in oare DOE Office of Science User Facility by Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky heechlearaar gemyske technyk Sanat Kumar en syn groep hawwe komputaasjemodellen útfierd dy't iepenbiere dat de eksperiminteel waarnommen roosterstruktueren (basearre op 'e röntgenstraal-ferspriedingspatroanen) de meast thermodynamysk stabile wiene dy't de materiaalvoxels koe foarmje.
"Dizze materiaal voxels tastean ús te begjinnen mei it brûken fan ideeën ôflaat fan atomen (en molekulen) en de kristallen dy't se foarmje, en portearje dizze grutte kennis en databank nei systemen fan belang op de nanoskaal," ferklearre Kumar.
Studinten fan Gang yn Columbia lieten doe sjen hoe't it assemblageplatfoarm koe wurde brûkt om de organisaasje fan twa ferskillende soarten materialen mei gemyske en optyske funksjes te riden. Yn ien gefal, se gearstald twa enzymen, it meitsjen fan 3-D arrays mei in hege packing tichtens. Hoewol de enzymen chemysk net feroare bleaunen, lieten se sawat in fjouwer kear ferheging fan enzymatyske aktiviteit sjen. Dizze "nanoreaktors" kinne brûkt wurde om kaskadereaksjes te manipulearjen en de fabrikaazje fan gemysk aktive materialen mooglik te meitsjen. Foar de demonstraasje fan optysk materiaal mingden se twa ferskillende kleuren fan kwantumpunten - lytse nanokristallen dy't wurde brûkt om televyzje-displays te meitsjen mei hege kleursêding en helderheid. Ofbylden fêstlein mei in fluorescence mikroskoop liet sjen dat de foarme lattice behâlde kleur suverens ûnder de diffraksje limyt (golflingte) fan ljocht; dit pân koe signifikante ferbettering fan resolúsje tastean yn ferskate display- en optyske kommunikaasjetechnologyen.
"Wy moatte opnij betinke hoe't materialen kinne wurde foarme en hoe't se funksjonearje," sei Gang. "Materiaal werynrjochting kin net nedich wêze; besteande materialen gewoan op nije manieren ferpakke kinne har eigenskippen ferbetterje. Potinsjeel kin ús platfoarm in ynskeakeljende technology wêze 'beyond 3-D printing manufacturing' om materialen te kontrolearjen op folle lytsere skalen en mei grutter materiaalferskaat en ûntworpen komposysjes. It brûken fan deselde oanpak om 3-D roosters te foarmjen fan winske nano-objekten fan ferskate materiaalklassen, yntegrearjen fan dyjingen dy't oars as ynkompatibel soene wurde beskôge, koe de nanomanufacturing revolúsjonearje.
Materiaal levere troch DOE / Brookhaven National Laboratory. Opmerking: Ynhâld kin wurde bewurke foar styl en lingte.
Krij it lêste wittenskipsnijs mei de fergese e-postnijsbrieven fan ScienceDaily, alle dagen en wykliks bywurke. Of besjoch elke oere bywurke nijsfeeds yn jo RSS-lêzer:
Fertel ús wat jo tinke fan ScienceDaily - wy ferwolkomje sawol positive as negative opmerkingen. Hawwe jo problemen mei it brûken fan de side? Fragen?
Post tiid: Jul-04-2022