Ученые разработали платформу для сборки наноразмерных компонентов материала, или «нано-объектов,» очень разных типов-неорганические или органические-в нужные 3-D структуры. Хотя самосборки (SA) был успешно использован для организации наноматериалов нескольких видов, этот процесс был чрезвычайно конкретной системы, создавая различные структуры, основанные на внутренних свойствах материалов. Как сообщается в статье, опубликованной сегодня в Nature материалов, их новой ДНК-программируемые наноматериалов платформа может быть применена для организации различных 3-D материала в тот же прописаны пути на наноуровне (миллиардных долей метра), где представлены уникальные оптические, химические и другие свойства возникают.
«Одна из основных причин, почему СА не является методом выбора для практического применения заключается в том, что то же СА процесс не могут быть применены в широком спектре материалов для создания идентичных 3-Д упорядоченные массивы из разных нанокомпонентов», — пояснил автор Олег банды, лидером мягкий био-и наноматериалов группы Центра функциональных наноматериалов (CFN по) — американское министерство энергетики (Doe) Управление науки пользователей помещений в Брукхейвенской национальной лаборатории, и профессор химической инженерии и прикладной физики и материаловедения в Колумбийском университете машиностроения. «Вот, мы отделили процесс СА от свойств материала по проектированию жестких многогранных кадры ДНК, который может инкапсулировать различных неорганических или органических нанообъектов, включая металлы, полупроводники, и даже белки и ферменты.»
Ученые разработаны искусственные рамки ДНК в форме куба, октаэдра и тетраэдра. Внутри рамы ДНК «оружие», что только нано-объектов с комплементарной последовательностью ДНК может связываться. Эти материальные вокселей — интеграция каркас ДНК и нано-объекта-это строительные блоки, из которых макромасштабе 3-D структуры могут быть сделаны. Рамы соединяются друг с другом независимо от того, какой нано-объектов внутри (или нет) в соответствии с комплементарными последовательностями, они закодированы в их вершинах. В зависимости от их формы, рамы имеют разное число вершин и, следовательно, форма совершенно разных структур. Каких-либо нано-объектами, размещенными внутри рамы на рамную конструкцию.
Чтобы продемонстрировать свои сборочные подход, ученые выбрали металлический (золото) и полупроводниковых (селенида кадмия) наночастиц и бактериального белка (стрептавидин) в качестве неорганических и органических нано-объектов, которые будут размещены внутри рамы ДНК. Во-первых, они подтвердили целостность рамках ДНК и формирование материальных вокселей изображений с микроскопов на объекте CFN по электронной микроскопии и Ван Андел институт, который имеет набор инструментов, которые работают при криогенных температурах для биологических образцов. Затем они исследовали 3-Д решетчатых конструкций по согласованной жесткого рентгеновского рассеяния и сложные материалы рассеяния пучковых канала уже Национального источника синхротронного излучения и II (NSLS-II) в другое ДОУ управление науки пользователем объекта в Брукхейвенской лаборатории. Колумбия технических Быховский, профессор химической инженерии Санат Кумара и его группа выполнили численное моделирование показательно, что экспериментально наблюдаемый решетчатых конструкций (на основе рентгенограмм рассеяния) являются наиболее термодинамически устойчивыми, что материал воксели могут образовываться.
«Эти материалы воксели позволяют начать использовать идеи, полученные из атомов (и молекул) и кристаллы, которые они образуют, и порт этой огромной базе знаний и для систем, представляющих интерес на наноуровне», — пояснил Кумар.
Студенты банды в Колумбийском университете затем продемонстрировал, как сборка платформы могли быть использованы для организации из двух различных видов материалов с применением химических и оптических функций. В одном случае они совместно собрали два фермента, создания 3-D массивов с высокой плотностью упаковки. Хотя ферменты остаются химически неизменными, они показали примерно четырехкратное увеличение ферментативной активности. Эти «технологии» могут быть использованы, чтобы манипулировать реакций каскада и возможность изготовления химически активных материалов. Для оптического материала демонстрация, они смешали два разных цвета квантовые точки-крошечные нанокристаллы, которые используются в производстве телевизионных дисплеев с высокой цветовой насыщенностью и яркостью. Изображения, снятые с помощью люминесцентного микроскопа показало, что образуется решетка поддерживается чистота цвета ниже дифракционного предела (длина волны) света; это свойство может привести к значительному улучшению разрешения в различных дисплеев и оптических коммуникационных технологий.
«Нам нужно переосмыслить то, как материалы могут быть сформированы и как они функционируют», — сказал банда. «Материал редизайн может не быть необходимости; просто упаковка имеющиеся материалы новыми способами может улучшить свои свойства. Потенциально, наша платформа может быть эффективной технологией, за пределами 3-D печати производство оборудования для контроля материалов на меньших масштабах и с большим материальным разнообразные и продуманные произведения. Используя тот же подход, чтобы сформировать 3-Д решеток от желаемого нано-объектов различных классов материалов, интегрируя те, которые в противном случае считались несовместимыми, могут произвести революцию в наноиндустрии».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!