Shkencëtarët kanë zhvilluar një platformë për montimin e komponentëve të materialeve me madhësi nano, ose "nano-objekteve", të llojeve shumë të ndryshme - inorganike ose organike - në strukturat e dëshiruara 3-D. Megjithëse vetëmontimi (SA) është përdorur me sukses për të organizuar nanomateriale të disa llojeve, procesi ka qenë jashtëzakonisht specifik për sistemin, duke gjeneruar struktura të ndryshme bazuar në vetitë e brendshme të materialeve. Siç raportohet në një punim të botuar sot në Nature Materials, platforma e tyre e re e nanofabrikimit e programueshme nga ADN-ja mund të aplikohet për të organizuar një shumëllojshmëri materialesh 3-D në të njëjtat mënyra të përcaktuara në nanoshkalë (miliarda e një metri), ku dalin në pah veti unike optike, kimike dhe të tjera.
“Një nga arsyet kryesore pse SA nuk është një teknikë e zgjedhur për aplikime praktike është se i njëjti proces SA nuk mund të aplikohet në një gamë të gjerë materialesh për të krijuar vargje identike të renditura 3-D nga nanokomponentë të ndryshëm”, shpjegoi autori përkatës Oleg Gang, udhëheqës i Grupit të Nanomaterialeve të Buta dhe Bio në Qendrën për Nanomateriale Funksionale (CFN) - një strukturë përdoruesi e Zyrës së Shkencës së Departamentit të Energjisë (DOE) të SHBA-së në Laboratorin Kombëtar Brookhaven - dhe profesor i Inxhinierisë Kimike dhe i Fizikës së Aplikuar dhe Shkencës së Materialeve në Columbia Engineering. “Këtu, ne e shkëputëm procesin SA nga vetitë e materialeve duke projektuar korniza të ngurta poliedrale të ADN-së që mund të kapsulojnë nano-objekte të ndryshme inorganike ose organike, duke përfshirë metale, gjysmëpërçues dhe madje edhe proteina dhe enzima.”
Shkencëtarët krijuan korniza sintetike të ADN-së në formën e një kubi, oktaedri dhe tetraedri. Brenda kornizave janë "krahë" të ADN-së me të cilët mund të lidhen vetëm nano-objektet me sekuencën plotësuese të ADN-së. Këto voksele materiale - integrimi i kornizës së ADN-së dhe nano-objektit - janë blloqet ndërtuese nga të cilat mund të bëhen struktura 3-D në shkallë makro. Kornizat lidhen me njëra-tjetrën pavarësisht se çfarë lloj nano-objekti është brenda (ose jo) sipas sekuencave plotësuese me të cilat janë koduar në kulmet e tyre. Në varësi të formës së tyre, kornizat kanë një numër të ndryshëm kulmesh dhe kështu formojnë struktura krejtësisht të ndryshme. Çdo nano-objekt i vendosur brenda kornizave merr atë strukturë specifike të kornizës.
Për të demonstruar qasjen e tyre të montimit, shkencëtarët zgjodhën nanopjesëza metalike (ari) dhe gjysmëpërçuese (selenidi i kadmiumit) dhe një proteinë bakteriale (streptavidina) si nanoobjektet inorganike dhe organike që do të vendoseshin brenda kornizave të ADN-së. Së pari, ata konfirmuan integritetin e kornizave të ADN-së dhe formimin e vokseleve materiale duke imazheruar me mikroskopë elektronikë në Qendrën e Mikroskopisë Elektronike CFN dhe Institutin Van Andel, i cili ka një sërë instrumentesh që funksionojnë në temperatura kriogjenike për mostrat biologjike. Pastaj ata hetuan strukturat e rrjetës 3-D në linjat e rrezeve Koherente të Shpërndarjes së Rrezeve X të Forta dhe Shpërndarjes së Materialeve Komplekse të Burimit Kombëtar të Dritës Sinkrotron II (NSLS-II) - një tjetër Qendër Përdoruese e Zyrës së Shkencës së DOE në Laboratorin Brookhaven. Profesori i Inxhinierisë Kimike Bykhovsky i Inxhinierisë Columbia, Sanat Kumar dhe grupi i tij kryen modelim kompjuterik duke zbuluar se strukturat e rrjetës të vëzhguara eksperimentalisht (bazuar në modelet e shpërndarjes së rrezeve X) ishin ato më termodinamikisht të qëndrueshme që vokselet materiale mund të formonin.
“Këto voksele materiale na lejojnë të fillojmë të përdorim ide të nxjerra nga atomet (dhe molekulat) dhe kristalet që ato formojnë, dhe ta transferojmë këtë njohuri dhe bazë të dhënash të gjerë në sisteme me interes në nanoshkalë”, shpjegoi Kumar.
Studentët e Gang në Columbia më pas demonstruan se si platforma e montimit mund të përdoret për të nxitur organizimin e dy llojeve të ndryshme të materialeve me funksione kimike dhe optike. Në një rast, ata bashkë-montuan dy enzima, duke krijuar vargje 3-D me një dendësi të lartë paketimi. Megjithëse enzimat mbetën kimikisht të pandryshuara, ato treguan rreth një rritje katërfish të aktivitetit enzimatik. Këta "nanoreaktorë" mund të përdoren për të manipuluar reaksionet kaskadë dhe për të mundësuar prodhimin e materialeve kimikisht aktive. Për demonstrimin e materialit optik, ata përzien dy ngjyra të ndryshme të pikave kuantike - nanokristale të vogla që përdoren për të bërë ekrane televizive me ngopje dhe shkëlqim të lartë ngjyrash. Imazhet e kapura me një mikroskop fluoreshent treguan se rrjeta e formuar ruante pastërtinë e ngjyrës nën kufirin e difraksionit (gjatësinë e valës) të dritës; kjo veti mund të lejojë përmirësim të ndjeshëm të rezolucionit në teknologji të ndryshme të ekranit dhe komunikimit optik.
“Duhet të rimendojmë se si mund të formohen materialet dhe si funksionojnë ato”, tha Gang. “Ridizajnimi i materialeve mund të mos jetë i nevojshëm; thjesht paketimi i materialeve ekzistuese në mënyra të reja mund të përmirësojë vetitë e tyre. Potencialisht, platforma jonë mund të jetë një teknologji që mundëson 'përtej prodhimit me printim 3-D' për të kontrolluar materialet në shkallë shumë më të vogla dhe me larmi më të madhe materialesh dhe përbërje të projektuara. Përdorimi i të njëjtës qasje për të formuar rrjeta 3-D nga nano-objektet e dëshiruara të klasave të ndryshme të materialeve, duke integruar ato që përndryshe do të konsideroheshin të papajtueshme, mund të revolucionarizojë nanoprodhimin.”
Materialet e ofruara nga DOE/Brookhaven National Laboratory. Shënim: Përmbajtja mund të modifikohet për stil dhe gjatësi.
Merrni lajmet më të fundit shkencore me buletinet falas me email të ScienceDaily, të përditësuara çdo ditë dhe çdo javë. Ose shikoni lajmet e përditësuara çdo orë në lexuesin tuaj RSS:
Na tregoni çfarë mendoni për ScienceDaily — ne mirëpresim komentet pozitive dhe negative. Keni ndonjë problem me përdorimin e faqes? Pyetje?
Koha e postimit: 04 korrik 2022