Окумуштуулар наноөлчөмдүү материалдык компоненттерди же "нано-объекттерди" ар кандай түрдөгү - органикалык эмес же органикалык - каалаган 3-D структураларына чогултуу үчүн платформаны иштеп чыгышты. Өзүн-өзү монтаждоо (SA) бир нече түрдөгү наноматериалдарды уюштуруу үчүн ийгиликтүү колдонулса да, процесс өтө системага мүнөздүү болуп, материалдардын ички касиеттерине негизделген ар кандай структураларды түздү. Бүгүн Nature Materials журналында жарыяланган макалада маалымдалгандай, алардын жаңы ДНК-программалануучу нанофабрикациялык платформасы наноөлчөмдө (метрдин миллиарддан бир бөлүгү) бирдей белгиленген жолдор менен ар түрдүү 3-D материалдарды уюштуруу үчүн колдонулушу мүмкүн, мында уникалдуу оптикалык, химиялык , жана башка касиеттери пайда болот.
"SA практикалык колдонмолор үчүн тандоо ыкмасы эмес экендигинин негизги себептеринин бири - бир эле SA процессин ар кандай нанокомпоненттерден бирдей 3-D иреттелген массивдерди түзүү үчүн материалдардын кеңири спектринде колдонуу мүмкүн эмес", - деп түшүндүрдү корреспондент автор Олег Ганг. , Функционалдык наноматериалдар борборунун (CFN) жумшак жана био наноматериалдар тобунун лидери — АКШнын Энергетика министрлигинин (DOE) Илим колдонуучу кеңсеси Брукхавен улуттук лабораториясындагы объект жана Колумбия инженериясынын химиялык инженерия жана прикладдык физика жана материал таануу профессору. "Бул жерде биз ар кандай органикалык эмес же органикалык нано-объекттерди, анын ичинде металлдарды, жарым өткөргүчтөрдү, ал тургай белокторду жана ферменттерди камтый турган катуу көп кырдуу ДНК рамкаларын долбоорлоо менен SA процессин материалдык касиеттерден ажыраттык."
Окумуштуулар синтетикалык ДНК рамкаларын куб, октаэдр жана тетраэдр формасында жасашкан. Рамкалардын ичинде ДНКнын "колдору" бар, аларга кошумча ДНК ырааттуулугу менен нано-объекттер гана байланыша алат. Бул материалдык вокселдер — ДНК рамкасынын жана нано-объекттин интеграциясы — макро масштабдуу 3-D структураларын жасоого боло турган курулуш материалы. Кадрлар бири-бири менен алардын чокуларында коддолгон кошумча ырааттуулукка ылайык, ичинде кандай нано-объект бар экендигине (же жок) карабастан туташат. Формаларына жараша рамкалар ар кандай чокуларга ээ жана такыр башка структураларды түзөт. Рамкалардын ичинде жайгашкан бардык нано-объекттер ошол белгилүү кадр структурасын алышат.
Алардын чогултуу ыкмасын көрсөтүү үчүн окумуштуулар ДНК рамкаларынын ичине жайгаштырылган органикалык эмес жана органикалык нано-объекттер катары металл (алтын) жана жарым өткөргүч (кадмий селениди) нанобөлүкчөлөрүн жана бактериялык протеинди (стрептавидин) тандашкан. Биринчиден, алар биологиялык үлгүлөр үчүн криогендик температурада иштеген инструменттер топтому бар CFN Электрондук Микроскопия мекемесинде жана Ван Андел институтунда электрондук микроскоптор менен сүрөттөө аркылуу ДНК рамкаларынын бүтүндүгүн жана материалдык вокселдердин пайда болушун тастыкташты. Андан кийин алар Улуттук синхротрондук жарык булагы IIнин (NSLS-II) когеренттүү катуу рентген нурларынын чачырандысында жана комплекстүү материалдардын чачырандысында 3-D торчолорунун структураларын изилдешти - Brookhaven лабораториясындагы илимий колдонуучулардын башка DOE кеңсеси. Columbia Engineering Быховский химиялык инженерия профессору Санат Кумар жана анын тобу эксперименталдык түрдө байкалган торлуу структуралар (рентген нурларынын чачырандыларынын негизинде) материалдык вокселдер түзө ала турган термодинамикалык жактан эң туруктуу структуралар экенин аныктаган эсептөөчү моделдөө иштерин жүргүзүштү.
"Бул материалдык вокселдер бизге атомдордон (жана молекулалардан) жана алар түзгөн кристаллдардан алынган идеяларды колдоно баштоого жана бул чоң билимди жана маалымат базасын нано масштабдагы кызыктырган системаларга өткөрүүгө мүмкүндүк берет", - деп түшүндүрдү Кумар.
Колумбиядагы Гангдын студенттери андан кийин химиялык жана оптикалык функциялары бар эки түрдүү материалдарды уюштуруу үчүн чогултуу платформасын кантип колдонсо болорун көрсөтүштү. Бир учурда, алар эки ферментти чогуу чогултуп, пакеттөө тыгыздыгы жогору 3-D массивдерин түзүшкөн. Ферменттер химиялык жактан өзгөрүүсүз калганына карабастан, ферменттик активдүүлүктүн төрт эсеге көбөйүшүн көрсөтүштү. Бул "нанореакторлор" каскаддык реакцияларды башкаруу жана химиялык активдүү материалдарды жасоо үчүн колдонулушу мүмкүн. Оптикалык материалдарды демонстрациялоо үчүн алар кванттык чекиттердин эки түрдүү түсүн аралаштырышты - түстүү каныккандыгы жана жарыктыгы жогору телевизор дисплейлерин жасоо үчүн колдонулган кичинекей нанокристаллдар. Флуоресценттик микроскоп менен тартылган сүрөттөр пайда болгон тор жарыктын дифракция чегинен (толкун узундугунан) төмөн түстүү тазалыкты сактап турганын көрсөттү; бул касиет ар кандай дисплейде жана оптикалык байланыш технологияларында олуттуу чечкиндүүлүктү жакшыртууга мүмкүндүк берет.
"Биз материалдарды кантип түзө аларын жана алардын иштешин кайра карап чыгышыбыз керек" деди Ганг. «Материалдык кайра долбоорлоо зарыл эмес болушу мүмкүн; жөн гана жаңы жолдор менен учурдагы материалдарды пакеттөө, алардын касиеттерин жакшыртышы мүмкүн. Потенциалдуу түрдө, биздин платформа «3-D басып чыгаруу өндүрүшүнөн тышкары» материалдарды алда канча кичине масштабда жана көбүрөөк материал түрдүүлүгү жана конструкцияланган композициялар менен башкарууга мүмкүндүк берүүчү технология болушу мүмкүн. Ар кандай материалдык класстардагы каалаган нанообъекттерден үч өлчөмдүү торлорду түзүү үчүн ошол эле ыкманы колдонуу, башкача айтканда, бири-бирине шайкеш келбеген объекттерди бириктирүү нанома өндүрүштө төңкөрүш жасашы мүмкүн.
DOE/Brookhaven Улуттук лабораториясы тарабынан берилген материалдар. Эскертүү: Мазмун стили жана узундугу боюнча түзөтүлүшү мүмкүн.
Күн сайын жана жума сайын жаңыртылган ScienceDaily'дин акысыз электрондук каттары менен акыркы илимий жаңылыктарды алыңыз. Же RSS окурманыңыздан саат сайын жаңыртылган жаңылыктарды көрүңүз:
ScienceDaily тууралуу оюңузду айтыңыз — биз оң жана терс пикирлерди кабыл алабыз. Сайтты колдонууда көйгөйлөр барбы? Суроолор барбы?
Посттун убактысы: 04-04-2022