Wëssenschaftler hunn eng Plattform entwéckelt fir Materialkomponenten an nanogréisst, oder "Nano-Objeten", vu ganz verschiddenen Typen - anorganesch oder organesch - an gewënscht 3D-Strukturen zesummenzesetzen. Och wann d'Selbstassembléierung (SA) erfollegräich benotzt gouf fir Nanomaterialien vu verschiddenen Aarte z'organiséieren, war de Prozess extrem systemspezifesch, andeems verschidde Strukturen op Basis vun den intrinsesche Eegeschafte vun de Materialien generéiert goufen. Wéi an enger Publikatioun, déi haut an Nature Materials publizéiert gouf, bericht gouf, kann hir nei DNA-programméierbar Nanofabrikatiounsplattform ugewannt ginn, fir eng Vielfalt vun 3D-Materialien op déiselwecht virgeschriwwen Aart a Weis op der Nanoskala (Milliardstel vun engem Meter) z'organiséieren, wou eenzegaarteg optesch, chemesch an aner Eegeschaften optrieden.
„Ee vun den Haaptgrënn, firwat SA keng bevorzugt Technik fir praktesch Uwendungen ass, ass datt deeselwechten SA-Prozess net op eng breet Palette vu Materialien ugewannt ka ginn, fir identesch 3D-geuerdnete Matières aus verschiddene Nanokomponenten ze kreéieren“, erkläert den entspriechenden Auteur Oleg Gang, Leader vun der Soft and Bio Nanomaterials Group am Center for Functional Nanomaterials (CFN) - eng User Facility vum US Department of Energy (DOE) Office of Science am Brookhaven National Laboratory - a Professer fir Chemesch Ingenieurswiesen a fir Applied Physics and Materials Science op der Columbia Engineering. „Hei hu mir den SA-Prozess vun de Materialeegeschafte getrennt, andeems mir steif polyedresch DNA-Rahmen entworf hunn, déi verschidden anorganesch oder organesch Nanoobjekter, dorënner Metaller, Hallefleeder a souguer Proteinen an Enzymer, akapsele kënnen.“
D'Wëssenschaftler hunn synthetesch DNA-Frames a Form vun engem Kubus, engem Oktaeder an engem Tetraeder entwéckelt. An de Frames sinn DNA-"Äerm", un déi nëmme Nano-Objeten mat der komplementärer DNA-Sequenz sech bannen kënnen. Dës Materialvoxelen - d'Integratioun vum DNA-Frame an dem Nano-Objet - sinn d'Bausteng, aus deenen makroskala 3D-Strukturen hiergestallt kënne ginn. D'Frames verbannen sech mateneen, egal wéi eng Zort Nano-Objet dran ass (oder net), jee no de komplementäre Sequenzen, mat deenen se op hire Scheiwen kodéiert sinn. Jee no hirer Form hunn d'Frames eng aner Zuel vu Scheiwen a bilden doduerch komplett aner Strukturen. All Nano-Objeten, déi an de Frames gehost ginn, huelen déi spezifesch Framestruktur un.
Fir hiren Assemblage-Usaz ze demonstréieren, hunn d'Wëssenschaftler metallesch (Gold) a hallefleedende (Cadmiumselenid) Nanopartikelen an e bakteriellt Protein (Streptavidin) als anorganesch an organesch Nano-Objeten ausgewielt, déi an den DNA-Frames placéiert solle ginn. Als éischt hunn si d'Integritéit vun den DNA-Frames an d'Bildung vu Materialvoxelen duerch d'Bildgebung mat Elektronemikroskopen an der CFN Electron Microscopy Facility an dem Van Andel Institut bestätegt, deen eng Suite vun Instrumenter huet, déi bei kryogenen Temperaturen fir biologesch Proben funktionéieren. Duerno hunn si d'3D-Gitterstrukturen an de Coherent Hard X-ray Scattering and Complex Materials Scattering Strahllinnen vun der National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - enger anerer DOE Office of Science User Facility am Brookhaven Lab - ënnersicht. De Columbia Engineering Bykhovsky Professer fir chemesch Ingenieurswiesen Sanat Kumar a seng Grupp hunn e Berechnungsmodell duerchgefouert, wat gewisen huet, datt déi experimentell observéiert Gitterstrukturen (baséiert op de Röntgenstreuungsmuster) déi thermodynamesch stabilst waren, déi d'Materialvoxelen forméiere konnten.
„Dës Materialvoxelen erlaben et eis, Iddien ze benotzen, déi vun Atomer (a Molekülen) an de Kristaller, déi se bilden, ofgeleet sinn, an dëst grousst Wëssen an dës Datebank a Systemer vun Interessi op der Nanoskala ze iwwerdroen“, erkläert de Kumar.
D'Studente vum Gang op der Columbia University hunn duerno gewisen, wéi d'Montageplattform benotzt ka ginn, fir d'Organisatioun vun zwou verschiddenen Zorte vu Materialien mat chemeschen an optesche Funktiounen ze steieren. An engem Fall hunn si zwou Enzymer zesummegesat, wouduerch 3D-Arrays mat enger héijer Packungsdichte geschaf goufen. Och wann d'Enzymer chemesch onverännert bliwwe sinn, hunn si eng ongeféier véierfach Erhéijung vun der enzymatescher Aktivitéit gewisen. Dës "Nanoreakteren" kéinte benotzt ginn, fir Kaskadereaktiounen ze manipuléieren an d'Fabrikatioun vu chemesch aktive Materialien z'erméiglechen. Fir d'Demonstratioun vum optesche Material hunn si zwou verschidde Faarwe vu Quantepunkten gemëscht - kleng Nanokristaller, déi benotzt gi fir Fernsehbildschirmer mat héijer Faarfsättigung an Hellegkeet ze maachen. Biller, déi mat engem Fluoreszenzmikroskop opgeholl goufen, hunn gewisen, datt dat geformt Gitter d'Faarfreinheet ënner der Diffraktiounsgrenz (Wellenlängt) vum Liicht behalen huet; dës Eegeschaft kéint eng bedeitend Verbesserung vun der Opléisung a verschiddenen Display- an optesche Kommunikatiounstechnologien erméiglechen.
„Mir mussen nei iwwerdenken, wéi Materialien entstinn a wéi se funktionéieren“, sot de Gang. „Eng nei Gestaltung vu Materialien ass vläicht net néideg; einfach nëmmen déi existent Materialien op nei Weeër ze verpacken, kéint hir Eegeschafte verbesseren. Potenziell kéint eis Plattform eng erméiglechend Technologie sinn, déi 'iwwer d'3D-Dréckerei erausgeet', fir Materialien a vill méi klenge Skalen a mat enger méi grousser Materialvarietéit an designten Zesummesetzungen ze kontrolléieren. Déiselwecht Approche ze benotzen, fir 3D-Gitter aus gewënschten Nano-Objeten aus verschiddene Materialklassen ze bilden, an déi z'integréieren, déi soss als inkompatibel ugesi géifen, kéint d'Nanofabrikatioun revolutionéieren.“
Material gëtt vum DOE/Brookhaven National Laboratory zur Verfügung gestallt. Bemierkung: Den Inhalt kann u Stil a Längt geännert ginn.
Kritt déi lescht Wëssenschaftsneiegkeeten mat de gratis E-Mail-Newslettere vu ScienceDaily, déi all Dag an all Woch aktualiséiert ginn. Oder kuckt d'Stonnen-aktualiséiert Newsfeeds an Ärem RSS-Lieser:
Sot eis Är Meenung zu ScienceDaily - mir begréissen souwuel positiv wéi och negativ Kommentarer. Hutt Dir Problemer mat der Benotzung vun der Säit? Froen?
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 04. Juli 2022