Эрдэмтэд органик бус эсвэл органик гэх мэт маш өөр төрлийн нано хэмжээст материалын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг эсвэл "нано-объектуудыг" хүссэн 3 хэмжээст бүтцэд нэгтгэх платформ боловсруулжээ. Хэдийгээр өөрөө угсрах (SA) нь хэд хэдэн төрлийн наноматериалуудыг зохион байгуулахад амжилттай ашиглагдаж байсан ч уг процесс нь системийн онцлог шинж чанартай бөгөөд материалын дотоод шинж чанарт үндэслэн өөр өөр бүтцийг бий болгосон. Өнөөдөр Nature Materials сэтгүүлд нийтлэгдсэн нийтлэлд дурьдсанчлан, тэдний ДНХ-ээр програмчлагдах шинэ нанофабрик платформ нь төрөл бүрийн 3 хэмжээст материалыг нано хэмжээст (метрийн тэрбумын нэг) хэмжигдэхүүнтэй ижил аргаар зохион байгуулахад ашиглаж болох бөгөөд тэнд өвөрмөц оптик, химийн болон бусад шинж чанарууд гарч ирдэг.
"SA нь практик хэрэглээнд тохирох арга техник биш байдгийн нэг гол шалтгаан нь ижил SA процессыг янз бүрийн нано бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс ижил 3 хэмжээст дараалсан массив үүсгэхийн тулд өргөн хүрээний материалд ашиглах боломжгүй байдаг" гэж холбогдох зохиолч Олег Ганг, Функциональ наноматериалын шинжлэх ухааны төвийн Зөөлөн ба био наноматериалын бүлгийн удирдагч тайлбарлав. Брукхавены үндэсний лабораторийн байгууламж, Колумбийн инженерийн химийн инженер, хэрэглээний физик, материалын шинжлэх ухааны профессор. "Энд бид металл, хагас дамжуулагч, тэр ч байтугай уураг, фермент зэрэг янз бүрийн органик бус эсвэл органик нано-объектуудыг багтааж чадах хатуу олон талт ДНХ-ийн хүрээг зохион бүтээх замаар SA процессыг материалын шинж чанараас салгасан."
Эрдэмтэд шоо, октаэдр, тетраэдр хэлбэртэй синтетик ДНХ-ийн хүрээг зохион бүтээжээ. Хүрээнүүд дотор зөвхөн нэмэлт ДНХ дараалал бүхий нано объектууд холбогдож чадах ДНХ-ийн “гар” байдаг. Эдгээр материаллаг вокселууд - ДНХ-ийн хүрээ ба нано-объектуудын нэгдэл нь макро масштабтай 3-D бүтцийг бий болгох барилгын материал юм. Хүрээнүүд нь орой дээрээ кодлогдсон нэмэлт дарааллын дагуу ямар төрлийн нано объект байгаа (эсвэл үгүй) байгаагаас үл хамааран хоорондоо холбогддог. Тэдний хэлбэрээс хамааран хүрээ нь өөр өөр тооны оройтой байдаг тул огт өөр бүтэц үүсгэдэг. Фрейм дотор байрлах аливаа нано объект нь тухайн хүрээний бүтцийг авдаг.
Эрдэмтэд угсралтын арга барилаа харуулахын тулд металл (алт) болон хагас дамжуулагч (кадми селенид) нано хэсгүүд болон бактерийн уураг (стрептавидин)-ийг ДНХ-ийн хүрээн дотор байрлуулах органик бус болон органик нано-объектуудыг сонгосон. Эхлээд тэд CFN электрон микроскопийн байгууламж болон биологийн дээжинд зориулсан криоген температурт ажилладаг багаж хэрэгсэл бүхий Ван Анделийн хүрээлэнгийн электрон микроскопоор дүрслэх замаар ДНХ-ийн хүрээний бүрэн бүтэн байдал, материаллаг воксел үүсэхийг баталжээ. Дараа нь тэд Brookhaven Lab дахь Шинжлэх Ухааны Хэрэглэгчийн Байгууламжийн ТМБ-ын өөр нэг газар болох Үндэсний синхротроны гэрлийн эх үүсвэр II (NSLS-II)-ийн уялдаа холбоотой хатуу рентген туяаны тархалт ба нарийн төвөгтэй материалын тархалтын цацрагийн шугамын 3 хэмжээст торны бүтцийг судалжээ. Колумбын инженеринг Быховский Химийн инженерийн профессор Санат Кумар болон түүний бүлэг туршилтаар ажиглагдсан торны бүтэц (рентген туяаны тархалтын загвар дээр үндэслэсэн) нь материаллаг воксель үүсгэж болох термодинамикийн хувьд хамгийн тогтвортой бүтэц болохыг харуулсан тооцооллын загварчлал хийжээ.
"Эдгээр материаллаг вокселууд нь атомууд (болон молекулууд) болон тэдгээрийн бүрдүүлдэг талстуудаас гаргаж авсан санааг ашиглаж эхлэх боломжийг олгодог бөгөөд энэхүү асар их мэдлэг, мэдээллийн санг нано хэмжүүрээр сонирхож буй системд шилжүүлэх боломжийг олгодог" гэж Кумар тайлбарлав.
Дараа нь Колумб дахь Гангийн оюутнууд химийн болон оптик функцтэй хоёр өөр төрлийн материалыг зохион байгуулахад угсрах платформыг хэрхэн ашиглаж болохыг харуулсан. Нэг тохиолдолд тэд хоёр ферментийг нэгтгэж, баглаа боодлын нягтрал ихтэй 3 хэмжээст массивуудыг бүтээжээ. Хэдийгээр ферментүүд химийн хувьд өөрчлөгдөөгүй байсан ч ферментийн идэвхжил 4 дахин нэмэгдсэн байна. Эдгээр "нанореакторууд" нь каскадын урвалыг удирдаж, химийн идэвхтэй материалыг үйлдвэрлэхэд ашиглаж болно. Оптик материалыг үзүүлэхийн тулд тэд хоёр өөр өнгийн квант цэгүүдийг хольсон - өндөр өнгөний ханалт, гэрэл гэгээтэй телевизийн дэлгэц хийхэд ашигладаг жижиг нанокристалууд. Флюресцент микроскопоор авсан зургууд нь үүссэн тор нь гэрлийн дифракцийн хязгаараас (долгионы урт) доогуур өнгөний цэвэр байдлыг хадгалж байгааг харуулсан; Энэ шинж чанар нь янз бүрийн дэлгэц болон оптик холбооны технологийн нарийвчлалыг мэдэгдэхүйц сайжруулах боломжийг олгоно.
"Бид материалууд хэрхэн үүсч, хэрхэн ажилладаг талаар дахин бодох хэрэгтэй" гэж Ганг хэлэв. "Материалын дахин дизайн хийх шаардлагагүй байж магадгүй, зүгээр л одоо байгаа материалыг шинэ аргаар савлах нь тэдний шинж чанарыг сайжруулж чадна. Манай платформ нь материалыг илүү жижиг хэмжээтэй, илүү олон төрлийн материал, зохион бүтээгдсэн найрлагатай хянах боломжийг олгодог "3 хэмжээст хэвлэх үйлдвэрлэлээс гадна" технологи байж болох юм. Үүнтэй ижил аргыг ашиглан 3 хэмжээст сүлжээг бий болгох нь бусад хүссэн ангиллын материалаас ялгаатай байх болно. нийцэхгүй гэж тооцвол нанома үйлдвэрлэлд хувьсгал хийж чадна."
DOE/Brookhaven National Laboratory-аас өгсөн материал. Жич: Агуулгыг загвар болон уртын дагуу засаж болно.
Шинжлэх ухааны хамгийн сүүлийн үеийн мэдээг ScienceDaily-ийн өдөр бүр болон долоо хоног бүр шинэчлэгддэг үнэгүй цахим шуудангийн товхимолоор аваарай. Эсвэл RSS уншигчдаа цаг тутам шинэчлэгдсэн мэдээний сувгийг үзэх боломжтой:
ScienceDaily-ийн талаар юу гэж бодож байгаагаа бидэнд хэлээрэй - бид эерэг болон сөрөг сэтгэгдлийг хүлээн авна. Сайтыг ашиглахад ямар нэгэн асуудал байна уу? Асуулт?
Шуудангийн цаг: 2022 оны 7-р сарын 04-ний өдөр