מדענים פיתחו פלטפורמה להרכבת רכיבי חומר ננוזה, או "אובייקטים ננו", מסוגים שונים מאוד-אורגניים או אורגניים-למבנים תלת-ממדיים רצויים. אף על פי שההרכבה העצמית (SA) שימשה בהצלחה לארגון ננו-חומרים מכמה סוגים, התהליך היה ספציפי מאוד למערכת, ויצר מבנים שונים המבוססים על התכונות המהותיות של החומרים. כפי שפורסם במאמר שפורסם כיום בחומרים טבעיים, ניתן ליישם את פלטפורמת הייצור הננו-ייצור החדשה שלהם המתוכננת ב- DNA על מנת לארגן מגוון חומרים תלת-ממדיים באותן דרכים שנקבעו בננומטוס (מיליארדי מטר), בה מופיעים תכונות אופטיות, כימיות ונכסים ייחודיים.
"אחת הסיבות העיקריות לכך ש- SA איננה טכניקה לבחירה ביישומים מעשיים היא שלא ניתן ליישם אותו תהליך SA על פני מגוון רחב של חומרים ליצירת מערכים תלת-ממדיים זהים של ננו-תומכיים שונים", הסביר הסופר המקביל אולג גאנג, המוביל במשרד המחלקה הרך והביו-חומרים במשרד המחלקה של המחלקה הלאומית בארה"ב. מעבדה - ופרופסור להנדסה כימית ומדעי פיזיקה ומדעי חומרים יישומיים בקולומביה הנדסה. "כאן, ניתקנו את תהליך ה- SA מתכונות חומר על ידי תכנון מסגרות DNA נוקשות של Polyhedral שיכולות לעטוף אובייקטים ננו-אורגניים או אורגניים שונים, כולל מתכות, מוליכים למחצה ואפילו חלבונים ואנזימים."
המדענים הנדסו מסגרות DNA סינתטיות בצורת קוביה, אוקטאהדרון וטטרהדרון. בתוך המסגרות נמצאות "זרועות" של DNA שרק ננו-אובייקטים עם רצף ה- DNA המשלים יכול להיקשר אליו. ווקסלים חומרים אלה-שילוב מסגרת ה- DNA ואובייקט הננו-הם אבני הבניין שמהם ניתן ליצור מבנים תלת-ממדיים מקרוסקליים. המסגרות מתחברות זו לזו ללא קשר לאיזה סוג ננו-אובייקט נמצא בפנים (או לא) על פי הרצפים המשלימים שהם מקודדים איתם בקודקודים שלהם. בהתאם לצורתם, למסגרות יש מספר שונה של קודקודים ובכך יוצרים מבנים שונים לחלוטין. כל ננו-אובייקטים המתארחים בתוך המסגרות לוקחים את מבנה המסגרת הספציפי הזה.
כדי להדגים את גישת ההרכבה שלהם, המדענים בחרו במתכת (זהב) ומוליכים למחצה (Cadmium selenide) חלקיקים וחלבון חיידקי (סטרפטאווידין) כאובייקטים ננו-אורגניים ואורגניים שיוצבו בתוך מסגרות ה- DNA. ראשית, הם אישרו את שלמות מסגרות ה- DNA והיווצרותם של ווקסלים חומרים על ידי הדמיה עם מיקרוסקופים אלקטרונים במתקן המיקרוסקופיה האלקטרונית של CFN ובמכון ואן אנדל, שיש בו חבילה של מכשירים הפועלים בטמפרטורות קריוגניות לדגימות ביולוגיות. לאחר מכן הם בדקו את מבני הסריג התלת-ממדיים בפיזור הרנטגן הקשיח הקוהרנטי וחומרים מורכבים המפזרים קווי קרן של מקור האור הלאומי של סינכרוטרון II (NSLS-II)-משרד דו נוסף של מתקן משתמשים במדע במעבדת ברוקבן. הנדסת קולומביה בהנדסה של קולומביה פרופסור להנדסה כימית סנאט קומאר וקבוצתו ביצעו דוגמנות חישובית וחשפה כי מבני הסריג שנצפו בניסוי (המבוססים על דפוסי פיזור הרנטגן) היו היציבים ביותר תרמודינמיים שהווקסלים החומריים יכלו להיווצר.
"ווקסלים חומריים אלה מאפשרים לנו להתחיל להשתמש ברעיונות הנגזרים מאטומים (ומולקולות) והגבישים שהם יוצרים, ולהעביר את הידע והמסד הנתונים העצום הזה למערכות העניין בננו -סולם", הסביר קומאר.
לאחר מכן הדגימו את תלמידי הכנופיה בקולומביה כיצד ניתן להשתמש בפלטפורמת ההרכבה כדי להניע את הארגון של שני סוגים שונים של חומרים עם פונקציות כימיות ואופטיות. במקרה אחד, הם הרכיבו יחד שני אנזימים, ויוצרים מערכים תלת-ממדיים עם צפיפות אריזה גבוהה. למרות שהאנזימים נותרו ללא שינוי כימית, הם הראו על עלייה פי ארבעה בפעילות האנזימטית. ניתן להשתמש ב"ננו -ריאקטורים "אלה לתמרון תגובות מפל ולאפשר ייצור של חומרים פעילים כימית. להפגנת החומר האופטי, הם ערבבו שני צבעים שונים של נקודות קוונטיות - ננו -גבישים זעירים המשמשים לייצור תצוגות טלוויזיה עם רוויה בצבע גבוה ובהירות. תמונות שנלכדו במיקרוסקופ פלואורסצנטי הראו כי הסריג שנוצר שמר על טוהר הצבעים מתחת למגבלת ההפרדה (אורך הגל) של האור; מאפיין זה יכול לאפשר שיפור משמעותי ברזולוציה בטכנולוגיות תצוגה ואופטיות שונות.
"עלינו לחשוב מחדש על האופן בו ניתן ליצור חומרים ואיך הם מתפקדים," אמר גנג. עיצוב מחדש חומרי עשוי שלא להיות נחוץ; פשוט אריזת חומרים קיימים בדרכים חדשות יכולה לשפר את המאפיינים שלהם. פוטנציאלית, הפלטפורמה שלנו יכולה להיות טכנולוגיה המאפשרת 'מעבר לייצור הדפסת תלת מימד' לשלוט בחומרים בקנה מידה קטן בהרבה ועם מגוון חומרים גדולים יותר ויצירות מעוצבות. באמצעות אותה גישה ליצירת סריג תלת-ממדי של ננו-אובייקטים רצויים של שיעורי חומרים שונים, תוך שילוב של אלה שאחרת ייחשבו לא תואמים, עלולים לחולל מהפכה בייצור ננו. "
חומרים המסופקים על ידי המעבדה הלאומית של DOE/Brookhaven. הערה: תוכן עשוי להיערך לסגנון ואורך.
קבל את חדשות המדע האחרונות עם עלוני הדוא"ל בחינם של Sciencedaile, מעודכנים מדי יום ושבוע. או צפה בשעות חדשות מעודכנות לפי שעה בקורא ה- RSS שלך:
ספר לנו מה אתה חושב על Sciencedaily - אנו מברכים על הערות חיוביות ושליליות כאחד. האם יש בעיות בשימוש באתר? שאלות?
זמן ההודעה: Jul-04-2022