Syantis yo devlope yon platfòm pou rasanble konpozan materyèl nano-gwosè, oubyen "nano-objè," ki gen kalite trè diferan — inòganik oubyen òganik — pou fè yo tounen estrikti 3-D yo vle. Malgre ke yo te itilize oto-asanblaj (SA) avèk siksè pou òganize plizyè kalite nano-materyèl, pwosesis la te trè espesifik pou chak sistèm, sa ki jenere diferan estrikti ki baze sou pwopriyete intrinsèk materyèl yo. Jan yo rapòte nan yon atik ki pibliye jodi a nan Nature Materials, nouvo platfòm nanofabrikasyon pwogramasyon ADN yo a ka aplike pou òganize yon varyete materyèl 3-D nan menm fason yo preskri nan nano-echèl la (bilyonyèm mèt), kote pwopriyete optik, chimik ak lòt pwopriyete inik parèt.
“Youn nan rezon prensipal ki fè SA pa yon teknik ideyal pou aplikasyon pratik se paske menm pwosesis SA a pa ka aplike atravè yon pakèt materyèl pou kreye idantik etalaj 3-D ki soti nan diferan nanokonpozan,” te eksplike otè korespondan Oleg Gang, lidè Gwoup Nanomateryèl Mou ak Biyo nan Sant pou Nanomateryèl Fonksyonèl (CFN) — yon Sant Itilizatè Biwo Syans Depatman Enèji Etazini (DOE) nan Laboratwa Nasyonal Brookhaven — ak yon pwofesè nan Jeni Chimik ak nan Fizik Aplike ak Syans Materyèl nan Columbia Engineering. “Isit la, nou te dekonekte pwosesis SA a ak pwopriyete materyèl yo lè nou te desine ankadreman ADN poliedrik rijid ki ka ankapsule divès nano-objè inòganik oswa òganik, tankou metal, semi-kondiktè, e menm pwoteyin ak anzim.”
Syantis yo te kreye ankadreman ADN sentetik ki gen fòm kib, oktaèd, ak tetraèd. Anndan ankadreman yo gen "bra" ADN ke sèlman nano-objè ki gen sekans ADN konplemantè a ka mare avèk yo. Voksèl materyèl sa yo - entegrasyon ankadreman ADN lan ak nano-objè a - se blòk konstriksyon yo ka itilize pou fè estrikti 3D makro. Ankadreman yo konekte youn ak lòt kèlkeswa kalite nano-objè ki anndan an (oswa ou pa) dapre sekans konplemantè yo kode avèk yo nan somè yo. Tou depan de fòm yo, ankadreman yo gen yon kantite somè diferan e konsa fòme estrikti ki totalman diferan. Nenpòt nano-objè ki loje andedan ankadreman yo pran estrikti ankadreman espesifik sa a.
Pou demontre apwòch asanblaj yo a, syantis yo te chwazi nanopartikil metalik (lò) ak semi-kondiktè (seleniur kadmyòm) ansanm ak yon pwoteyin bakteri (streptavidin) kòm nano-objè inòganik ak òganik pou mete andedan ankadreman ADN yo. Premyèman, yo te konfime entegrite ankadreman ADN yo ak fòmasyon voksel materyèl yo lè yo te pran imaj ak mikwoskòp elektwonik nan Sant Mikwoskopi Elektwonik CFN ak Enstiti Van Andel, ki gen yon seri enstriman ki opere nan tanperati kriyojenik pou echantiyon byolojik yo. Apre sa, yo te sonde estrikti rezo 3-D yo nan liy gwo bout bwa Coherent Hard X-ray Scattering and Complex Materials Scattering nan National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - yon lòt Sant Itilizatè Biwo Syans DOE nan Laboratwa Brookhaven. Pwofesè Columbia Engineering Bykhovsky nan Jeni Chimik Sanat Kumar ak gwoup li a te fè modèl konpitasyonèl ki te revele ke estrikti rezo yo te obsève eksperimantalman (ki baze sou modèl dispèsyon reyon X yo) se te sa yo ki pi estab tèmodinamikman ke voksel materyèl yo te kapab fòme.
“Voksel materyèl sa yo pèmèt nou kòmanse itilize ide ki sòti nan atòm (ak molekil) ak kristal yo fòme yo, epi transpòte konesans ak baz done vas sa a nan sistèm ki enteresan nan nanoechèl la,” Kumar eksplike.
Elèv Gang yo nan Columbia te demontre kijan platfòm asanblaj la te kapab itilize pou òganize de kalite materyèl diferan ki gen fonksyon chimik ak optik. Nan yon ka, yo te ko-asanble de anzim, sa ki te kreye yon seri 3D ak yon dansite anbalaj ki wo. Malgre ke anzim yo te rete san chanjman chimik, yo te montre yon ogmantasyon apeprè kat fwa plis nan aktivite anzimatik. "Nanoreaktè" sa yo te kapab itilize pou manipile reyaksyon kaskad epi pèmèt fabrikasyon materyèl chimikman aktif. Pou demonstrasyon materyèl optik la, yo te melanje de koulè diferan nan pwen kwantik - ti nanokristal yo itilize pou fè ekran televizyon ak saturation koulè ak klète ki wo. Imaj yo te pran ak yon mikwoskòp fliyoresans te montre ke rezo ki te fòme a te kenbe pite koulè anba limit difraksyon (longèdonn) limyè a; pwopriyete sa a te kapab pèmèt yon amelyorasyon rezolisyon siyifikatif nan divès teknoloji ekspozisyon ak kominikasyon optik.
“Nou bezwen repanse kijan materyèl yo ka fòme ak kijan yo fonksyone,” Gang te di. “Rekonsepsyon materyèl la ka pa nesesè; jis anbalaj materyèl ki deja egziste yo nan nouvo fason ta ka amelyore pwopriyete yo. Potansyèlman, platfòm nou an ta ka yon teknoloji pèmèt 'pi lwen pase fabrikasyon enprime 3D' pou kontwole materyèl yo nan echèl pi piti epi ak yon pi gwo varyete materyèl ak konpozisyon ki fèt. Sèvi ak menm apwòch la pou fòme rezo 3D apati nano-objè yo vle nan diferan klas materyèl, entegre sa yo ki ta otreman konsidere kòm enkonpatib, ta ka revolisyone nanofabrikasyon.”
Materyèl yo soti nan DOE/Brookhaven National Laboratory. Nòt: Kontni an ka modifye pou stil ak longè.
Jwenn dènye nouvèl syans yo avèk bilten imel gratis ScienceDaily yo, ki mete ajou chak jou ak chak semèn. Oubyen gade fil nouvèl ki mete ajou chak èdtan nan lektè RSS ou a:
Di nou sa ou panse de ScienceDaily — nou akeyi kòmantè pozitif ak negatif. Èske ou gen nenpòt pwoblèm pou itilize sit la? Kesyon?
Lè piblikasyon an: 4 Jiyè 2022