Wanasayansi wameunda jukwaa la kuunganisha vipengele vya nyenzo nanosized, au "nano-objects," ya aina tofauti sana - isokaboni au ya kikaboni - katika miundo ya 3-D inayotakiwa. Ingawa self-assembly (SA) imetumiwa kwa mafanikio kupanga nanomaterials za aina kadhaa, mchakato umekuwa mahususi sana wa mfumo, ukitoa miundo tofauti kulingana na sifa za asili za nyenzo. Kama ilivyoripotiwa katika karatasi iliyochapishwa leo katika Nyenzo za Asili, jukwaa lao jipya la nanofabrication linaloweza kupangwa kwa DNA linaweza kutumika kupanga aina ya vifaa vya 3-D kwa njia sawa zilizowekwa kwenye nanoscale (mabilioni ya mita), ambapo macho ya kipekee, kemikali. , na mali nyingine hujitokeza.
"Mojawapo ya sababu kuu kwa nini SA sio mbinu ya chaguo kwa matumizi ya vitendo ni kwamba mchakato sawa wa SA hauwezi kutumika katika anuwai ya nyenzo ili kuunda safu zinazofanana za 3-D zilizoagizwa kutoka kwa nanocomponents tofauti," alielezea mwandishi sambamba Oleg Gang. , kiongozi wa Kikundi cha Soft na Bio Nanomaterials katika Kituo cha Nanomaterials Functional (CFN) - Idara ya Nishati ya Marekani (DOE) Ofisi ya Kituo cha Watumiaji cha Sayansi katika Maabara ya Kitaifa ya Brookhaven — na profesa wa Uhandisi wa Kemikali na Sayansi ya Fizikia Inayotumika na Nyenzo katika Uhandisi wa Columbia. "Hapa, tulitenganisha mchakato wa SA kutoka kwa mali ya nyenzo kwa kubuni viunzi vya DNA vya polihedral ambavyo vinaweza kujumuisha vitu mbalimbali vya isokaboni au vya kikaboni, ikiwa ni pamoja na metali, semiconductors, na hata protini na vimeng'enya."
Wanasayansi walitengeneza viunzi vya syntetisk vya DNA katika umbo la mchemraba, octahedron, na tetrahedron. Ndani ya viunzi kuna “mikono” ya DNA ambayo ni vitu-nano pekee vilivyo na mfuatano wa DNA unaoweza kuunganishwa. Vokseli hizi za nyenzo - muunganisho wa fremu ya DNA na kitu-nano - ni vizuizi vya ujenzi ambavyo miundo ya 3-D ya macroscale inaweza kufanywa. Fremu huunganishwa bila kujali ni aina gani ya kitu nano kilicho ndani (au la) kulingana na mfuatano wa ziada ambazo zimesimbwa nazo kwenye wima zao. Kulingana na umbo lao, viunzi vina idadi tofauti ya wima na hivyo kuunda miundo tofauti kabisa. Vipengee vyovyote vya nano vilivyopangishwa ndani ya fremu huchukua muundo huo mahususi wa fremu.
Ili kuonyesha mbinu yao ya kukusanyika, wanasayansi walichagua metali (dhahabu) na semiconducting (cadmium selenide) nanoparticles na protini ya bakteria (streptavidin) kama vitu vya isokaboni na vya kikaboni vya kuwekwa ndani ya fremu za DNA. Kwanza, walithibitisha uadilifu wa viunzi vya DNA na uundaji wa vokseli nyenzo kwa kupiga picha kwa darubini za elektroni katika Kituo cha CFN Electron Microscopy na Taasisi ya Van Andel, ambayo ina vifaa vingi vinavyofanya kazi kwa joto la cryogenic kwa sampuli za kibiolojia. Kisha walichunguza miundo ya kimiani ya 3-D katika Mwambazaji wa Miale ya Ngumu ya X-ray na Mihimili Changamano ya Kutawanya ya Kitaifa cha Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - Ofisi nyingine ya DOE ya Kituo cha Mtumiaji cha Sayansi katika Maabara ya Brookhaven. Columbia Engineering Bykhovsky Profesa wa Uhandisi wa Kemikali Sanat Kumar na kundi lake walifanya uundaji wa kimahesabu ukionyesha kwamba miundo ya kimiani iliyochunguzwa kwa majaribio (kulingana na mifumo ya mtawanyiko wa eksirei) ndiyo iliyokuwa thabiti zaidi ya hali ya hewa ambayo vokseli nyenzo zinaweza kuunda.
"Vokseli hizi za nyenzo huturuhusu kuanza kutumia mawazo yanayotokana na atomi (na molekuli) na fuwele ambazo huunda, na kuweka maarifa haya makubwa na hifadhidata kwa mifumo ya kupendeza katika nanoscale," alielezea Kumar.
Wanafunzi wa genge huko Columbia kisha walionyesha jinsi jukwaa la kusanyiko lingeweza kutumiwa kuendesha shirika la aina mbili tofauti za nyenzo zenye kazi za kemikali na macho. Katika hali moja, walikusanya enzymes mbili, na kuunda safu za 3-D na msongamano mkubwa wa kufunga. Ingawa vimeng'enya vilibakia bila kubadilika kwa kemikali, vilionyesha ongezeko la mara nne katika shughuli za enzymatic. Hizi "nanoreactors" zinaweza kutumiwa kudhibiti miitikio ya mteremko na kuwezesha uundaji wa nyenzo zinazotumika kwa kemikali. Kwa onyesho la nyenzo za macho, walichanganya rangi mbili tofauti za vitone vya quantum - nanocrystals ndogo ambazo zinatumiwa kutengeneza maonyesho ya televisheni yenye rangi ya juu na mwangaza. Picha zilizonaswa kwa darubini ya fluorescence zilionyesha kuwa kimiani kilichoundwa kilidumisha usafi wa rangi chini ya kikomo cha mtengano (wavelength) wa mwanga; mali hii inaweza kuruhusu uboreshaji mkubwa wa azimio katika teknolojia mbalimbali za kuonyesha na mawasiliano ya macho.
"Tunahitaji kufikiria upya jinsi nyenzo zinaweza kuundwa na jinsi zinavyofanya kazi," alisema Gang. “Usanifu upya wa nyenzo huenda usiwe wa lazima; upakiaji tu wa nyenzo zilizopo kwa njia mpya zinaweza kuboresha mali zao. Kuna uwezekano, jukwaa letu linaweza kuwa teknolojia inayowezesha 'zaidi ya utengenezaji wa uchapishaji wa 3-D' ili kudhibiti nyenzo katika mizani ndogo zaidi na yenye nyenzo nyingi zaidi na utunzi uliosanifiwa. Kutumia mbinu hiyo hiyo kuunda lati za 3-D kutoka kwa vitu vya nano vinavyohitajika vya madarasa tofauti ya nyenzo, kujumuisha zile ambazo zingezingatiwa kuwa haziendani, kunaweza kuleta mapinduzi ya nanomanufacturing.
Nyenzo zinazotolewa na Maabara ya Kitaifa ya DOE/Brookhaven. Kumbuka: Maudhui yanaweza kuhaririwa kwa mtindo na urefu.
Pata habari za hivi punde za sayansi ukitumia majarida ya barua pepe ya ScienceDaily bila malipo, yanayosasishwa kila siku na kila wiki. Au tazama mipasho ya habari iliyosasishwa kila saa katika msomaji wako wa RSS:
Tuambie unachofikiria kuhusu ScienceDaily - tunakaribisha maoni chanya na hasi. Je, una matatizo yoyote ya kutumia tovuti? Maswali?
Muda wa kutuma: Jul-04-2022