Xjentisti żviluppaw pjattaforma għall-assemblaġġ ta’ komponenti materjali ta’ daqs nanometriku, jew “nano-oġġetti,” ta’ tipi differenti ħafna — inorganiċi jew organiċi — fi strutturi 3-D mixtieqa. Għalkemm l-awtoassemblaġġ (SA) intuża b’suċċess biex jorganizza nanomaterjali ta’ diversi tipi, il-proċess kien estremament speċifiku għas-sistema, u ġġenera strutturi differenti bbażati fuq il-proprjetajiet intrinsiċi tal-materjali. Kif irrappurtat f’dokument ippubblikat illum f’Nature Materials, il-pjattaforma l-ġdida tagħhom ta’ nanofabbrikazzjoni programmabbli bid-DNA tista’ tiġi applikata biex torganizza varjetà ta’ materjali 3-D bl-istess modi preskritti fuq in-nanoskala (biljuni ta’ metru), fejn joħorġu proprjetajiet ottiċi, kimiċi u oħrajn uniċi.
“Waħda mir-raġunijiet ewlenin għaliex l-SA mhijiex teknika ta’ għażla għal applikazzjonijiet prattiċi hija li l-istess proċess SA ma jistax jiġi applikat fuq firxa wiesgħa ta’ materjali biex jinħolqu matriċi ordnati 3-D identiċi minn nanokomponenti differenti,” spjega l-awtur korrispondenti Oleg Gang, mexxej tal-Grupp tan-Nanomaterjali Rotob u Bijo fiċ-Ċentru għan-Nanomaterjali Funzjonali (CFN) — Faċilità tal-Utent tal-Uffiċċju tax-Xjenza tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti (DOE) fil-Laboratorju Nazzjonali ta’ Brookhaven — u professur tal-Inġinerija Kimika u tal-Fiżika Applikata u x-Xjenza tal-Materjali f’Columbia Engineering. “Hawnhekk, iddiżakkoppjajna l-proċess SA mill-proprjetajiet tal-materjal billi ddisinjajna frejms tad-DNA poliedriċi riġidi li jistgħu jinkapsulaw diversi nano-oġġetti inorganiċi jew organiċi, inklużi metalli, semikondutturi, u anke proteini u enzimi.”
Ix-xjentisti inġinerjaw frejms sintetiċi tad-DNA fil-forma ta’ kubu, ottaedru, u tetraedru. Ġewwa l-frejms hemm “dirgħajn” tad-DNA li magħhom jistgħu jingħaqdu biss nano-oġġetti bis-sekwenza tad-DNA komplementari. Dawn il-voxels materjali — l-integrazzjoni tal-frejm tad-DNA u n-nano-oġġett — huma l-blokki tal-bini li minnhom jistgħu jsiru strutturi 3-D fuq skala makro. Il-frejms jikkonnettjaw ma’ xulxin irrispettivament minn x’tip ta’ nano-oġġett ikun ġewwa (jew le) skont is-sekwenzi komplementari li jkunu kkodifikati bihom fil-vertiċi tagħhom. Skont il-forma tagħhom, il-frejms ikollhom numru differenti ta’ vertiċi u b’hekk jiffurmaw strutturi kompletament differenti. Kwalunkwe nano-oġġett ospitat ġewwa l-frejms jieħu dik l-istruttura speċifika tal-frejm.
Biex juru l-approċċ ta' assemblaġġ tagħhom, ix-xjentisti għażlu nanopartiċelli metalliċi (deheb) u semikondutturi (selenidu tal-kadmju) u proteina batterika (streptavidina) bħala n-nano-oġġetti inorganiċi u organiċi li kellhom jitqiegħdu ġewwa l-frejms tad-DNA. L-ewwel, ikkonfermaw l-integrità tal-frejms tad-DNA u l-formazzjoni ta' voxels materjali billi ħadu immaġini b'mikroskopji elettroniċi fil-Faċilità tal-Mikroskopija Elettronika CFN u l-Istitut Van Andel, li għandu sett ta' strumenti li joperaw f'temperaturi krijoġeniċi għal kampjuni bijoloġiċi. Imbagħad sondaw l-istrutturi tal-kannizzata 3-D fil-linji tar-raġġi Coherent Hard X-ray Scattering u Complex Materials Scattering tan-National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) — Faċilità oħra tal-Utent tal-Uffiċċju tax-Xjenza tad-DOE fil-Laboratorju Brookhaven. Il-Professur tal-Inġinerija Kimika Bykhovsky tal-Inġinerija ta' Columbia Engineering Sanat Kumar u l-grupp tiegħu wettqu mmudellar komputazzjonali li żvela li l-istrutturi tal-kannizzata osservati sperimentalment (ibbażati fuq il-mudelli ta' tifrix tar-raġġi-x) kienu l-aktar termodinamikament stabbli li l-voxels materjali setgħu jiffurmaw.
“Dawn il-voxels materjali jippermettulna nibdew nużaw ideat derivati mill-atomi (u l-molekuli) u l-kristalli li jiffurmaw, u nittrasferixxu dan l-għarfien u d-database vasti għal sistemi ta’ interess fuq skala nanometrika,” spjega Kumar.
L-istudenti ta’ Gang f’Columbia mbagħad urew kif il-pjattaforma tal-assemblaġġ tista’ tintuża biex issuq l-organizzazzjoni ta’ żewġ tipi differenti ta’ materjali b’funzjonijiet kimiċi u ottiċi. F’każ wieħed, huma assemblaw flimkien żewġ enzimi, u ħolqu matriċi 3-D b’densità għolja ta’ ppakkjar. Għalkemm l-enzimi baqgħu l-istess kimikament, urew żieda ta’ madwar erba’ darbiet fl-attività enżimatika. Dawn in-“nanoreattori” jistgħu jintużaw biex jimmanipulaw reazzjonijiet kaskata u jippermettu l-fabbrikazzjoni ta’ materjali kimikament attivi. Għad-dimostrazzjoni tal-materjal ottiku, huma ħalltu żewġ kuluri differenti ta’ tikek kwantistiċi — nanokristalli żgħar li qed jintużaw biex jagħmlu wirjiet tat-televiżjoni b’saturazzjoni u luminożità għolja tal-kulur. L-immaġnijiet maqbuda b’mikroskopju tal-fluworexxenza wrew li l-kannizzata ffurmata żammet il-purità tal-kulur taħt il-limitu tad-diffrazzjoni (tul tal-mewġa) tad-dawl; din il-proprjetà tista’ tippermetti titjib sinifikanti fir-riżoluzzjoni f’diversi teknoloġiji tal-wiri u tal-komunikazzjoni ottika.
“Irridu naħsbu mill-ġdid dwar kif il-materjali jistgħu jiġu ffurmati u kif jiffunzjonaw,” qal Gang. “Id-disinn mill-ġdid tal-materjali jista’ ma jkunx neċessarju; sempliċement l-ippakkjar ta’ materjali eżistenti b’modi ġodda jista’ jtejjeb il-proprjetajiet tagħhom. Potenzjalment, il-pjattaforma tagħna tista’ tkun teknoloġija abilitanti ‘lil hinn mill-manifattura tal-istampar 3-D’ biex tikkontrolla l-materjali fuq skali ħafna iżgħar u b’varjetà akbar ta’ materjali u kompożizzjonijiet iddisinjati. L-użu tal-istess approċċ biex jiffurmaw kannizzati 3-D minn nano-oġġetti mixtieqa ta’ klassijiet ta’ materjali differenti, l-integrazzjoni ta’ dawk li altrimenti jitqiesu inkompatibbli, tista’ tirrivoluzzjona n-nanomanifattura.”
Materjali pprovduti minn DOE/Brookhaven National Laboratory. Nota: Il-kontenut jista' jiġi editjat għall-istil u t-tul.
Ikseb l-aħħar aħbarijiet xjentifiċi permezz tan-newsletters b'xejn bl-email ta' ScienceDaily, aġġornati kuljum u kull ġimgħa. Jew ara l-aħbarijiet aġġornati kull siegħa fil-qarrej RSS tiegħek:
Għidilna x'taħseb dwar ScienceDaily — nilqgħu kemm kummenti pożittivi kif ukoll negattivi. Għandek xi problemi biex tuża s-sit? Għandek xi mistoqsijiet?
Ħin tal-posta: 04 ta' Lulju 2022