Ғалымдар наноөлшемді материалды құрамдастарды немесе әртүрлі типтегі «нанообъектілерді» - бейорганикалық немесе органикалық - қалаған 3-D құрылымдарына жинауға арналған платформа әзірледі. Өзін-өзі құрастыру (SA) бірнеше түрдегі наноматериалдарды ұйымдастыру үшін сәтті қолданылғанымен, процесс материалдардың ішкі қасиеттеріне негізделген әртүрлі құрылымдарды тудыратын өте жүйеге тән болды. Бүгін Nature Materials журналында жарияланған мақалада хабарланғандай, олардың жаңа ДНҚ-бағдарламаланатын наноабрикация платформасы нано масштабта (метрдің миллиардтан бір бөлігі) бірдей белгіленген тәсілдермен әртүрлі 3-D материалдарды ұйымдастыру үшін қолданылуы мүмкін, мұнда бірегей оптикалық, химиялық , және басқа да қасиеттер пайда болады.
«SA практикалық қолданбалар үшін таңдау әдісі болмауының басты себептерінің бірі - әртүрлі нанокомпоненттерден бірдей 3-D реттелген массивтерді жасау үшін бірдей SA процесін материалдардың кең ауқымында қолдануға болмайтындығы», - деп түсіндірді корреспондент автор Олег Ганг. , Функционалды наноматериалдар орталығындағы (CFN) жұмсақ және био наноматериалдар тобының жетекшісі — АҚШ Энергетика министрлігінің (DOE) Ғылым қолданушы кеңсесі Брукхавен ұлттық зертханасындағы қондырғы — Колумбия Инженерингте химиялық инженерия және қолданбалы физика және материалтану профессоры. «Мұнда біз әртүрлі бейорганикалық немесе органикалық нано-нысандарды, соның ішінде металдарды, жартылай өткізгіштерді, тіпті ақуыздар мен ферменттерді инкапсуляциялай алатын қатты көп қырлы ДНҚ жақтауларын жобалау арқылы SA процесін материалдық қасиеттерден ажыраттық».
Ғалымдар текше, октаэдр және тетраэдр түріндегі синтетикалық ДНҚ жақтауларын жасады. Жақтаулардың ішінде тек комплементарлы ДНҚ тізбегі бар нано-нысандар байланыса алатын ДНҚ «қолдары» бар. Бұл материалдық воксельдер — ДНҚ жақтауының және нано-объектінің интеграциясы — макро масштабты 3-D құрылымдарын жасауға болатын құрылыс блоктары. Фреймдер өздерінің шыңдарында кодталған қосымша реттіліктерге сәйкес қандай нано-нысанның ішінде (немесе жоқ) болуына қарамастан бір-бірімен қосылады. Пішініне байланысты жақтаулар шыңдарының әртүрлі санына ие және осылайша мүлде басқа құрылымдарды құрайды. Фреймдердің ішінде орналастырылған кез келген нано-нысандар нақты кадр құрылымын қабылдайды.
Құрастыру тәсілін көрсету үшін ғалымдар ДНҚ жақтауларының ішіне орналастырылатын бейорганикалық және органикалық нанообъектілер ретінде металл (алтын) және жартылай өткізгіш (кадмий селениді) нанобөлшектерді және бактериялық ақуызды (стрептавидин) таңдады. Біріншіден, олар биологиялық үлгілер үшін криогендік температурада жұмыс істейтін құралдар жиынтығы бар CFN электронды микроскопиялық қондырғыда және Ван Андел институтында электронды микроскоптармен бейнелеу арқылы ДНҚ кадрларының тұтастығын және материалдық воксельдердің қалыптасуын растады. Содан кейін олар 3-D тор құрылымдарын Брукхавен зертханасындағы ғылыми пайдаланушылар қондырғысының тағы бір DOE кеңсесі — Ұлттық синхротрондық жарық көзі II (NSLS-II) когерентті қатты рентгендік шашырау және күрделі материалдардың шашырау сәулелерінде зерттеді. Columbia Engineering Быховский химия инженериясының профессоры Санат Кумар және оның тобы эксперименталды түрде бақыланатын тор құрылымдарының (рентген сәулелерінің шашырау үлгілеріне негізделген) материалды дыбыстар құра алатын термодинамикалық тұрғыдан ең тұрақты құрылымдар екенін анықтайтын есептеулік модельдеу жүргізді.
«Бұл материалдық дыбыстар бізге атомдардан (және молекулалардан) және олар түзетін кристалдардан алынған идеяларды пайдалануға және осы үлкен білім мен дерекқорды наноөлшемдегі қызығушылық жүйелеріне тасымалдауға мүмкіндік береді», - деп түсіндірді Кумар.
Содан кейін Колумбиядағы Ганг студенттері химиялық және оптикалық функциялары бар екі түрлі материалдарды ұйымдастыру үшін құрастыру платформасын қалай пайдалануға болатынын көрсетті. Бір жағдайда олар екі ферментті біріктіріп, орау тығыздығы жоғары 3-D массивтерін жасады. Ферменттер химиялық өзгеріссіз қалғанымен, олар ферментативті белсенділіктің шамамен төрт есе артқанын көрсетті. Бұл «нанореакторлар» каскадты реакцияларды басқару және химиялық белсенді материалдарды жасауға мүмкіндік беру үшін пайдаланылуы мүмкін. Оптикалық материалды көрсету үшін олар кванттық нүктелердің екі түрлі түстерін араластырды - түс қанықтығы мен жарықтығы жоғары теледидар дисплейлерін жасау үшін пайдаланылатын кішкентай нанокристалдар. Флуоресцентті микроскоппен түсірілген кескіндер түзілген тордың жарықтың дифракция шегінен (толқын ұзындығынан) төмен түс тазалығын сақтағанын көрсетті; бұл қасиет әртүрлі дисплей және оптикалық байланыс технологияларында ажыратымдылықты айтарлықтай жақсартуға мүмкіндік береді.
«Біз материалдарды қалай қалыптастыруға болатынын және олардың қалай жұмыс істейтінін қайта қарастыруымыз керек», - деді Ганг. «Материалды қайта өңдеу қажет болмауы мүмкін; бар материалдарды жаңа тәсілдермен орау олардың қасиеттерін жақсартуы мүмкін. Потенциалды түрде, біздің платформа әлдеқайда кішірек масштабтағы және материалдың әртүрлілігі мен жобаланған композицияларымен материалдарды басқаруға арналған «3-D басып шығару өндірісінен тыс» мүмкіндік беретін технология болуы мүмкін. Әртүрлі материалдық сыныптардың қалаған нано-нысандарынан 3-D торларын қалыптастыру үшін бірдей тәсілді қолдану, әйтпесе үйлесімсіз деп саналатындарды біріктіру наномаөндірісті төңкеріс етуі мүмкін ».
DOE/Brookhaven National Laboratory ұсынған материалдар. Ескертпе: Мазмұн мәнер мен ұзындық бойынша өңделуі мүмкін.
Күн сайын және апта сайын жаңартылатын ScienceDaily тегін электрондық пошта ақпараттық бюллетеньдері арқылы соңғы ғылым жаңалықтарын алыңыз. Немесе RSS оқу құралында сағат сайын жаңартылатын жаңалықтар арналарын қараңыз:
ScienceDaily туралы ойыңызды айтыңыз — біз оң және теріс пікірлерді қабылдаймыз. Сайтты пайдалануда қиындықтар бар ма? Сұрақтар?
Жіберу уақыты: 04 шілде 2022 ж