Mae gwyddonwyr wedi datblygu llwyfan ar gyfer cydosod cydrannau deunydd nanosig, neu “nano-wrthrychau,” o fathau gwahanol iawn - anorganig neu organig - yn strwythurau 3-D a ddymunir. Er bod hunan-gydosod (SA) wedi'i ddefnyddio'n llwyddiannus i drefnu nanoddeunyddiau o sawl math, mae'r broses wedi bod yn hynod o system-benodol, gan gynhyrchu gwahanol strwythurau yn seiliedig ar briodweddau cynhenid y deunyddiau. Fel yr adroddwyd mewn papur a gyhoeddwyd heddiw yn Nature Materials, gellir defnyddio eu platfform nanoffabrication rhaglenadwy DNA newydd i drefnu amrywiaeth o ddeunyddiau 3-D yn yr un ffyrdd rhagnodedig ar y nanoraddfa (biliynau o fetr), lle mae optegol, cemegol unigryw. , ac eiddo eraill yn dod i'r amlwg.
“Un o’r prif resymau pam nad yw SA yn dechneg o ddewis ar gyfer cymwysiadau ymarferol yw na ellir cymhwyso’r un broses SA ar draws ystod eang o ddeunyddiau i greu araeau archeb 3-D union yr un fath o wahanol nanogydrannau,” esboniodd yr awdur cyfatebol Oleg Gang , arweinydd y Grŵp Nanomaterials Meddal a Bio yn y Ganolfan Nano Ddeunyddiau Swyddogaethol (CFN) - Cyfleuster Defnyddiwr Swyddfa Gwyddoniaeth yr Adran Ynni (DOE) yn Labordy Cenedlaethol Brookhaven - ac athro Cemegol Peirianneg a Ffiseg Gymhwysol a Gwyddor Deunyddiau yn Columbia Engineering. “Yma, fe wnaethom ddatgysylltu’r broses SA oddi wrth briodweddau materol trwy ddylunio fframiau DNA polyhedral anhyblyg a all grynhoi amrywiol nano-wrthrychau anorganig neu organig, gan gynnwys metelau, lled-ddargludyddion, a hyd yn oed proteinau ac ensymau.”
Peiriannodd y gwyddonwyr fframiau DNA synthetig ar ffurf ciwb, octahedron, a thetrahedron. Y tu mewn i'r fframiau mae “breichiau” DNA y gall dim ond nano-wrthrychau gyda'r dilyniant DNA cyflenwol rwymo iddynt. Y voxels materol hyn - integreiddio'r ffrâm DNA a'r nano-wrthrych - yw'r blociau adeiladu y gellir gwneud strwythurau 3-D macro-raddfa ohonynt. Mae'r fframiau'n cysylltu â'i gilydd waeth pa fath o nano-wrthrych sydd y tu mewn (neu beidio) yn ôl y dilyniannau cyflenwol y maent wedi'u hamgodio â'u fertigau. Yn dibynnu ar eu siâp, mae gan fframiau nifer wahanol o fertigau ac felly maent yn ffurfio strwythurau cwbl wahanol. Mae unrhyw nano-wrthrychau a gynhelir y tu mewn i'r fframiau yn cymryd y strwythur ffrâm penodol hwnnw.
Er mwyn dangos eu dull cydosod, dewisodd y gwyddonwyr nanoronynnau metelaidd (aur) a lled-ddargludol (cadmiwm selenid) a phrotein bacteriol (streptavidin) fel nano-wrthrychau anorganig ac organig i'w gosod y tu mewn i'r fframiau DNA. Yn gyntaf, cadarnhawyd cyfanrwydd y fframiau DNA a ffurfiant voxels deunydd trwy ddelweddu â microsgopau electron yn y Cyfleuster Microsgopeg Electron CFN a Sefydliad Van Andel, sydd â chyfres o offerynnau sy'n gweithredu ar dymheredd cryogenig ar gyfer samplau biolegol. Yna fe wnaethon nhw archwilio strwythurau dellt 3-D yn y trawstiau Gwasgaru Pelydr-X Caled Cydlynol a Deunyddiau Cymhleth Gwasgaru y Synchrotron Light Source II Cenedlaethol (NSLS-II) - Cyfleuster Defnyddiwr Swyddfa Wyddoniaeth Swyddfa Gwyddoniaeth arall DOE yn Brookhaven Lab. Columbia Engineering Perfformiodd Athro Peirianneg Cemegol Bykhovsky Sanat Kumar a'i grŵp fodelu cyfrifiannol gan ddatgelu mai'r strwythurau dellt a arsylwyd yn arbrofol (yn seiliedig ar y patrymau gwasgariad pelydr-x) oedd y rhai mwyaf sefydlog yn thermodynamig y gallai'r voxels materol eu ffurfio.
“Mae’r voxels defnydd hyn yn caniatáu inni ddechrau defnyddio syniadau sy’n deillio o atomau (a moleciwlau) a’r crisialau y maent yn eu ffurfio, ac yn trosglwyddo’r wybodaeth a’r gronfa ddata helaeth hon i systemau o ddiddordeb ar y nanoraddfa,” esboniodd Kumar.
Yna dangosodd myfyrwyr Gang yn Columbia sut y gellid defnyddio'r llwyfan cydosod i yrru trefniadaeth dau fath gwahanol o ddefnyddiau gyda swyddogaethau cemegol ac optegol. Mewn un achos, fe wnaethant gydosod dau ensym, gan greu araeau 3-D gyda dwysedd pacio uchel. Er bod yr ensymau wedi aros heb eu newid yn gemegol, fe ddangoson nhw gynnydd pedwarplyg mewn gweithgaredd ensymatig. Gellid defnyddio'r “nanoreactorion” hyn i drin adweithiau rhaeadru a galluogi cynhyrchu deunyddiau cemegol gweithredol. Ar gyfer arddangosiad deunydd optegol, cymysgon nhw ddau liw gwahanol o ddotiau cwantwm - nanocrystalau bach sy'n cael eu defnyddio i wneud arddangosfeydd teledu gyda dirlawnder a disgleirdeb lliw uchel. Roedd delweddau a ddaliwyd gyda microsgop fflworoleuedd yn dangos bod y dellt a ffurfiwyd yn cynnal purdeb lliw islaw terfyn diffreithiant (tonfedd) golau; gallai'r eiddo hwn ganiatáu gwelliant sylweddol i ddatrysiad mewn amrywiol dechnolegau arddangos a chyfathrebu optegol.
“Mae angen i ni ailfeddwl sut y gellir ffurfio deunyddiau a sut maen nhw'n gweithredu,” meddai Gang. “Efallai na fydd angen ailgynllunio deunydd; gallai pecynnu deunyddiau presennol mewn ffyrdd newydd wella eu priodweddau. Mae'n bosibl y gallai ein platfform fod yn dechnoleg alluogi 'y tu hwnt i weithgynhyrchu argraffu 3-D' i reoli deunyddiau ar raddfeydd llawer llai a chyda mwy o amrywiaeth deunyddiau a chyfansoddiadau wedi'u dylunio. Gallai defnyddio’r un dull o ffurfio delltau 3-D o nano-wrthrychau dymunol o wahanol ddosbarthiadau deunydd, gan integreiddio’r rhai a fyddai fel arall yn cael eu hystyried yn anghydnaws, chwyldroi nano-weithgynhyrchu.”
Darperir y deunyddiau gan y DOE/Labordy Cenedlaethol Brookhaven. Nodyn: Gellir golygu cynnwys ar gyfer arddull a hyd.
Sicrhewch y newyddion gwyddoniaeth diweddaraf gyda chylchlythyrau e-bost rhad ac am ddim ScienceDaily, sy'n cael eu diweddaru'n ddyddiol ac yn wythnosol. Neu edrychwch ar y newyddion diweddaraf bob awr yn eich darllenydd RSS:
Dywedwch wrthym beth yw eich barn am ScienceDaily - rydym yn croesawu sylwadau cadarnhaol a negyddol. Oes gennych chi unrhyw broblemau wrth ddefnyddio'r wefan? Cwestiynau?
Amser post: Gorff-04-2022