Wëssenschaftler hunn eng Plattform entwéckelt fir nanosized Material Komponenten, oder "Nano-Objeten", vu ganz verschiddenen Typen - anorganesch oder organesch - an gewënschten 3-D Strukturen ze sammelen. Och wann d'Selbstversammlung (SA) erfollegräich benotzt gouf fir Nanomaterialien vu verschiddenen Aarten z'organiséieren, war de Prozess extrem systemspezifesch, a generéiert verschidde Strukturen op Basis vun den intrinseschen Eegeschafte vun de Materialien. Wéi gemellt an engem Pabeier, deen haut an Nature Materials publizéiert gouf, kann hir nei DNA-programméierbar Nanofabricatiounsplattform applizéiert ginn fir eng Vielfalt vun 3-D Materialien op déiselwecht verschriwwene Weeër op der Nanoskala (Milliardstele vun engem Meter) ze organiséieren, wou eenzegaarteg optesch, chemesch , an aner Eegeschafte entstinn.
"Ee vun den Haaptgrënn firwat SA keng Technik vun der Wiel fir praktesch Uwendungen ass, ass datt dee selwechte SA Prozess net iwwer eng breet Palette vu Materialien applizéiert ka ginn fir identesch 3-D bestallt Arrays aus verschiddene Nanokomponenten ze kreéieren", erkläert den entspriechende Autor Oleg Gang , Leader vun der Soft and Bio Nanomaterials Group am Centre for Functional Nanomaterials (CFN) - en US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility am Brookhaven National Laboratory - an e Professer fir chemesch Ingenieur a vun ugewandte Physik a Materialwëssenschaften um Columbia Engineering. "Hei hu mir de SA-Prozess vu materiellen Eegeschaften ofgekoppelt andeems mir steife polyhedral DNA-Frames designen, déi verschidden anorganesch oder organesch Nano-Objete kapsule kënnen, dorënner Metaller, Hallefleit, a souguer Proteinen an Enzyme."
D'Wëssenschaftler hunn synthetesch DNA Rummen an der Form vun engem Kubus, Octahedron an Tetrahedron entwéckelt. Bannen an de Rummen sinn DNA "Waffen", déi nëmmen Nano-Objete mat der komplementärer DNA Sequenz kënne binden. Dës Material Voxel - d'Integratioun vum DNA Frame an Nano-Objet - sinn d'Bausteng aus deenen macroscale 3-D Strukture gemaach kënne ginn. D'Frame verbannen mateneen onofhängeg wéi eng Zort Nano-Objet dobannen ass (oder net) no de komplementäre Sequenzen, mat deenen se an hiren Wirbelen kodéiert sinn. Ofhängeg vun hirer Form hunn d'Frames eng aner Unzuel u Wirbelen a bilden also ganz aner Strukturen. All Nano-Objete, déi an de Frames gehost ginn, iwwerhuelen déi spezifesch Framestruktur.
Fir hir Assemblée Approche ze demonstréieren, hunn d'Wëssenschaftler metallesch (Gold) a hallefleitend (Cadmiumselenid) Nanopartikel an e bakteriellt Protein (Streptavidin) als anorganesch an organesch Nano-Objete ausgewielt fir an den DNA Frames ze placéieren. Als éischt hunn se d'Integritéit vun den DNA Rummen an d'Bildung vu materielle Voxel bestätegt andeems se mat Elektronenmikroskopen an der CFN Elektronenmikroskopie Ariichtung an dem Van Andel Institut bestätegen, deen eng Suite vun Instrumenter huet, déi bei kryogenen Temperaturen fir biologesch Proben funktionnéieren. Si hunn dunn d'3-D Gitterstrukturen an der Coherent Hard X-ray Scattering a Complex Materials Scattering Beamlines vun der National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) gepréift - eng aner DOE Office of Science User Facility am Brookhaven Lab. Columbia Engineering Bykhovsky Professer fir Chemesch Engineering Sanat Kumar a seng Grupp hunn computational Modeller gemaach, déi verroden datt déi experimentell observéiert Gitterstrukturen (baséiert op den Röntgenstrahlungsmuster) déi thermodynamesch stabil waren, déi d'Materialvoxele kënne bilden.
"Dës materiell Voxelen erlaben eis Iddien ze benotzen, déi aus Atomer (a Molekülen) ofgeleet ginn an de Kristalle, déi se bilden, an dëst grousst Wëssen an d'Datebank an d'Systemer vun Interesse op der Nanoskala portéieren", erkläert de Kumar.
D'Studenten vum Gang zu Columbia hunn dunn demonstréiert wéi d'Versammlungsplattform benotzt ka ginn fir d'Organisatioun vun zwou verschidden Aarte vu Materialien mat chemeschen an opteschen Funktiounen ze féieren. An engem Fall hu se zwee Enzyme zesummegefaasst, 3-D Arrays mat enger héijer Packungsdicht erstallt. Och wann d'Enzyme chemesch onverännert bliwwen sinn, hu se ongeféier eng véierfach Erhéijung vun der enzymatescher Aktivitéit gewisen. Dës "Nanoreactors" kéinte benotzt ginn fir Kaskadereaktiounen ze manipuléieren an d'Fabrikatioun vu chemesch aktive Materialien z'erméiglechen. Fir déi optesch Materialdemonstratioun hunn se zwou verschidde Faarwen vu Quantepunkte gemëscht - kleng Nanokristaller déi benotzt gi fir Fernsehsendunge mat héijer Faarfsättigung an Hellegkeet ze maachen. Biller, déi mat engem Fluoreszenzmikroskop erfaasst goufen, weisen datt de geformte Gitter d'Faarfreinegkeet ënner der Diffraktiounsgrenz (Wellelängt) vum Liicht behalen huet; dëser Propriétéit kéint fir bedeitendst Resolutioun Verbesserung vun verschiddenen Haaptsäit an opteschen Kommunikatioun Technologien erlaben.
"Mir mussen iwwerdenken wéi Material kënne geformt ginn a wéi se funktionnéieren," sot de Gang. "Material Redesign kann net néideg sinn; einfach d'Verpakung vun existente Materialien op nei Weeër kéint hir Eegeschafte verbesseren. Potenziell kéint eis Plattform eng aktivéierend Technologie "iwwert 3-D Drockfabrikatioun" sinn fir Materialien op vill méi kleng Skalen ze kontrolléieren a mat méi Material Varietéit an entworf Kompositioune. Mat der selwechter Approche fir 3D Gitter aus gewënschten Nano-Objete vu verschiddene Materialklassen ze bilden, déi integral déi soss inkompatibel ugesi ginn, kéint d'Nanofabrikatioun revolutionéieren.
Material gëtt vum DOE / Brookhaven National Laboratory. Notiz: Inhalt kann fir Stil a Längt geännert ginn.
Kritt déi lescht Wëssenschaftsnoriichten mat ScienceDaily gratis E-Mail Newslettere, all Dag a wëchentlech aktualiséiert. Oder kuckt all Stonn aktualiséiert Newsfeeds an Ärem RSS Lieser:
Sot eis wat Dir vun ScienceDaily denkt - mir begréissen souwuel positiv wéi negativ Kommentarer. Hutt Dir Problemer mam Site ze benotzen? Froen?
Post Zäit: Jul-04-2022