Wittenskippers hawwe in platfoarm ûntwikkele foar it gearstallen fan nanoskaal materiaalkomponinten, of "nano-objekten", fan tige ferskillende soarten - anorganysk of organysk - yn winske 3D-struktueren. Hoewol selsassemblage (SA) mei súkses brûkt is om ferskate soarten nanomaterialen te organisearjen, is it proses ekstreem systeemspesifyk west, wêrby't ferskate struktueren generearre wurde op basis fan 'e yntrinsyke eigenskippen fan' e materialen. Lykas rapportearre yn in artikel dat hjoed publisearre is yn Nature Materials, kin har nije DNA-programmearbere nanofabricationplatfoarm tapast wurde om in ferskaat oan 3D-materialen te organisearjen op deselde foarskreaune manieren op 'e nanoskaal (miljardsten fan in meter), wêr't unike optyske, gemyske en oare eigenskippen nei foaren komme.
"Ien fan 'e wichtichste redenen wêrom't SA gjin technyk fan kar is foar praktyske tapassingen is dat itselde SA-proses net tapast wurde kin op in breed skala oan materialen om identike 3D-bestelde arrays te meitsjen fan ferskate nanokomponinten," ferklearre korrespondearjend auteur Oleg Gang, lieder fan 'e Soft and Bio Nanomaterials Group by it Center for Functional Nanomaterials (CFN) - in brûkersfoarsjenning fan it Office of Science fan it Amerikaanske Ministearje fan Enerzjy (DOE) by it Brookhaven National Laboratory - en in heechlearaar Chemical Engineering en fan Applied Physics and Materials Science oan Columbia Engineering. "Hjir hawwe wy it SA-proses loskeppele fan materiaaleigenskippen troch stive polyhedrale DNA-frames te ûntwerpen dy't ferskate anorganyske of organyske nano-objekten kinne ynkapselje, ynklusyf metalen, heallieders, en sels aaiwiten en enzymen."
De wittenskippers hawwe syntetyske DNA-frames makke yn 'e foarm fan in kubus, oktaëder en tetraëder. Binnen de frames sitte DNA-"earms" dêr't allinnich nano-objekten mei de komplementêre DNA-sekwinsje oan bine kinne. Dizze materiële voxels - de yntegraasje fan it DNA-frame en nano-objekt - binne de boublokken wêrfan makroskalige 3D-struktueren makke wurde kinne. De frames ferbine mei-inoar, nettsjinsteande hokker soart nano-objekt deryn sit (of net) neffens de komplementêre sekwinsjes wêrmei't se kodearre binne op har hoekpunten. Ofhinklik fan har foarm hawwe frames in ferskillend oantal hoekpunten en foarmje sadwaande folslein oare struktueren. Alle nano-objekten dy't binnen de frames host wurde, nimme dy spesifike framestruktuer oan.
Om harren gearstallingsoanpak te demonstrearjen, selektearren de wittenskippers metallyske (goud) en healgeliedende (cadmium selenide) nanopartikels en in baktearjele proteïne (streptavidine) as de anorganyske en organyske nano-objekten dy't yn 'e DNA-frames pleatst wurde soene. Earst befêstigen se de yntegriteit fan 'e DNA-frames en de foarming fan materiaalvoxels troch ôfbylding mei elektronenmikroskopen by de CFN Electron Microscopy Facility en it Van Andel Institute, dat in suite fan ynstruminten hat dy't wurkje by kryogene temperatueren foar biologyske samples. Dêrnei ûndersochten se de 3D-roosterstrukturen by de Coherent Hard X-ray Scattering and Complex Materials Scattering beamlines fan 'e National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - in oare DOE Office of Science User Facility by Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky Professor of Chemical Engineering Sanat Kumar en syn groep fierden komputasjonele modellering út, wêrby't bliken die dat de eksperiminteel waarnommen roosterstrukturen (basearre op 'e röntgenferspriedingspatroanen) de meast thermodynamysk stabile wiene dy't de materiaalvoxels foarmje koene.
"Dizze materiële voxels stelle ús yn steat om ideeën te brûken dy't ôflaat binne fan atomen (en molekulen) en de kristallen dy't se foarmje, en dizze enoarme kennis en database oer te dragen nei systemen fan belang op nanoskaal," ferklearre Kumar.
Studinten fan Gang oan Columbia demonstrearren doe hoe't it gearstallingsplatfoarm brûkt wurde koe om de organisaasje fan twa ferskillende soarten materialen mei gemyske en optyske funksjes oan te driuwen. Yn ien gefal hawwe se twa enzymen tegearre gearstald, wêrtroch't 3D-arrays mei in hege pakdichtheid ûntstiene. Hoewol't de enzymen gemysk net feroare wiene, lieten se in sawat fjouwerfâldige tanimming fan enzymatyske aktiviteit sjen. Dizze "nanoreaktors" koenen brûkt wurde om kaskadereaksjes te manipulearjen en de fabrikaazje fan gemysk aktive materialen mooglik te meitsjen. Foar de demonstraasje fan optyske materialen mingden se twa ferskillende kleuren fan kwantumdots - lytse nanokristallen dy't brûkt wurde om televyzjeskermen te meitsjen mei hege kleursaturaasje en helderheid. Ofbyldings makke mei in fluoreszinsjemikroskoop lieten sjen dat it foarme rooster de kleursuverens ûnder de diffraksjelimyt (golflingte) fan ljocht behâlde; dizze eigenskip koe in wichtige ferbettering fan 'e resolúsje mooglik meitsje yn ferskate display- en optyske kommunikaasjetechnologyen.
"Wy moatte opnij betinke hoe't materialen foarme wurde kinne en hoe't se funksjonearje," sei Gang. "It opnij ûntwerpen fan materialen is miskien net nedich; gewoan besteande materialen op nije manieren ynpakke kin har eigenskippen ferbetterje. Potinsjeel kin ús platfoarm in mooglik meitsjende technology wêze 'foarby 3D-printsjen' om materialen op folle lytsere skalen en mei gruttere materiaalferskaat en ûntworpen komposysjes te kontrolearjen. It brûken fan deselde oanpak om 3D-roosters te foarmjen fan winske nano-objekten fan ferskate materiaalklassen, it yntegrearjen fan dyjingen dy't oars as ynkompatibel beskôge wurde soene, koe nanofabriek revolúsjonearje."
Materialen fersoarge troch DOE/Brookhaven National Laboratory. Opmerking: Ynhâld kin bewurke wurde foar styl en lingte.
Krij it lêste wittenskipsnijs mei de fergese e-postnijsbrieven fan ScienceDaily, dy't alle dagen en wykliks bywurke wurde. Of besjoch nijsfeeds dy't elk oere bywurke wurde yn jo RSS-lêzer:
Fertel ús wat jo tinke fan ScienceDaily - wy ferwolkomje sawol positive as negative opmerkings. Hawwe jo problemen mei it brûken fan 'e side? Fragen?
Pleatsingstiid: 4 july 2022