इच्छाका न्यानो-वस्तुहरू: थ्रीडीमा क्रमबद्ध न्यानो संरचनाहरू जम्मा गर्ने — साइन्सडेली

वैज्ञानिकहरूले न्यानोसाइज्ड मटेरियल कम्पोनेन्टहरू, वा "न्यानो-वस्तुहरू", धेरै फरक प्रकारका - अजैविक वा जैविक - लाई इच्छित 3-D संरचनाहरूमा जम्मा गर्न प्लेटफर्म विकास गरेका छन्। यद्यपि स्व-एसेम्बली (SA) सफलतापूर्वक धेरै प्रकारका न्यानोमटेरियलहरू व्यवस्थित गर्न प्रयोग गरिएको छ, प्रक्रिया अत्यन्तै प्रणाली-विशिष्ट भएको छ, सामग्रीहरूको आन्तरिक गुणहरूमा आधारित फरक संरचनाहरू उत्पन्न गर्दै। आज नेचर मटेरियल्समा प्रकाशित एक पेपरमा रिपोर्ट गरिए अनुसार, तिनीहरूको नयाँ DNA-प्रोग्रामेबल न्यानोफ्याब्रिकेसन प्लेटफर्मलाई न्यानोस्केल (एक मिटरको अर्बौं भाग) मा समान निर्धारित तरिकाहरूमा विभिन्न 3-D सामग्रीहरू व्यवस्थित गर्न लागू गर्न सकिन्छ, जहाँ अद्वितीय अप्टिकल, रासायनिक, र अन्य गुणहरू देखा पर्छन्।

"व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूको लागि SA रोजाइको प्रविधि नहुनुको एउटा प्रमुख कारण भनेको विभिन्न न्यानो कम्पोनेन्टहरूबाट समान 3-D अर्डर गरिएका एरेहरू सिर्जना गर्न एउटै SA प्रक्रियालाई सामग्रीको विस्तृत दायरामा लागू गर्न सकिँदैन," सम्बन्धित लेखक ओलेग ग्याङले व्याख्या गरे, जो ब्रुकहेभन राष्ट्रिय प्रयोगशालामा अमेरिकी ऊर्जा विभाग (DOE) विज्ञान प्रयोगकर्ता सुविधा कार्यालय - सेन्टर फर फंक्शनल न्यानोमटेरियल्स (CFN) मा सफ्ट एण्ड बायो न्यानोमटेरियल्स समूहका नेता र कोलम्बिया इन्जिनियरिङमा केमिकल इन्जिनियरिङ र एप्लाइड फिजिक्स एण्ड मटेरियल्स साइन्सका प्राध्यापक हुन्। "यहाँ, हामीले धातु, अर्धचालक, र प्रोटीन र इन्जाइमहरू सहित विभिन्न अजैविक वा जैविक न्यानो-वस्तुहरूलाई समेट्न सक्ने कठोर पोलिहेड्रल DNA फ्रेमहरू डिजाइन गरेर SA प्रक्रियालाई भौतिक गुणहरूबाट अलग गर्यौं।"

वैज्ञानिकहरूले घन, अष्टहेड्रन र टेट्राहेड्रनको आकारमा सिंथेटिक डीएनए फ्रेमहरू ईन्जिनियर गरे। फ्रेमहरू भित्र डीएनए "हातहरू" छन् जुन पूरक डीएनए अनुक्रम भएका न्यानो-वस्तुहरू मात्र बाँध्न सक्छन्। यी सामग्री भोक्सेलहरू - डीएनए फ्रेम र न्यानो-वस्तुको एकीकरण - निर्माण ब्लकहरू हुन् जसबाट म्याक्रोस्केल 3-D संरचनाहरू बनाउन सकिन्छ। फ्रेमहरू एकअर्कासँग जोडिन्छन् चाहे तिनीहरूको ठाडोमा एन्कोड गरिएको पूरक अनुक्रमहरू अनुसार कस्तो प्रकारको न्यानो-वस्तु भित्र छ (वा छैन)। तिनीहरूको आकारमा निर्भर गर्दै, फ्रेमहरूमा फरक संख्यामा ठाडोहरू हुन्छन् र यसरी पूर्ण रूपमा फरक संरचनाहरू बनाउँछन्। फ्रेमहरू भित्र होस्ट गरिएका कुनै पनि न्यानो-वस्तुहरूले त्यो विशिष्ट फ्रेम संरचना लिन्छन्।

आफ्नो एसेम्बली दृष्टिकोण प्रदर्शन गर्न, वैज्ञानिकहरूले DNA फ्रेम भित्र राख्नको लागि अकार्बनिक र जैविक न्यानो-वस्तुहरूको रूपमा धातु (सुन) र अर्धचालक (क्याडमियम सेलेनाइड) न्यानोपार्टिकल्स र ब्याक्टेरिया प्रोटीन (स्ट्रेप्टाभिडिन) छनौट गरे। पहिले, तिनीहरूले CFN इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी सुविधा र भ्यान एन्डेल इन्स्टिच्युटमा इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपको साथ इमेजिङ गरेर DNA फ्रेमहरूको अखण्डता र सामग्री भोक्सेलहरूको गठन पुष्टि गरे, जसमा जैविक नमूनाहरूको लागि क्रायोजेनिक तापक्रममा सञ्चालन हुने उपकरणहरूको सुइट छ। त्यसपछि तिनीहरूले राष्ट्रिय सिन्क्रोट्रोन प्रकाश स्रोत II (NSLS-II) को कोहेरेन्ट हार्ड एक्स-रे स्क्याटरिङ र जटिल सामग्री स्क्याटरिङ बीमलाइनहरूमा 3-डी जाली संरचनाहरूको जाँच गरे - ब्रुकहेभन ल्याबमा विज्ञान प्रयोगकर्ता सुविधाको अर्को DOE कार्यालय। कोलम्बिया इन्जिनियरिङ बायखोव्स्की केमिकल इन्जिनियरिङका प्रोफेसर सनत कुमार र उनको समूहले कम्प्युटेसनल मोडेलिङ प्रदर्शन गरे जसले प्रकट गर्‍यो कि प्रयोगात्मक रूपमा अवलोकन गरिएका जाली संरचनाहरू (एक्स-रे स्क्याटरिङ ढाँचाहरूमा आधारित) सामग्री भोक्सेलहरूले बनाउन सक्ने सबैभन्दा थर्मोडायनामिक रूपमा स्थिर थिए।

"यी भौतिक भोक्सेलहरूले हामीलाई परमाणु (र अणुहरू) र तिनीहरूले बनाउने क्रिस्टलहरूबाट प्राप्त विचारहरू प्रयोग गर्न सुरु गर्न र यो विशाल ज्ञान र डाटाबेसलाई न्यानोस्केलमा रुचिको प्रणालीहरूमा पोर्ट गर्न अनुमति दिन्छन्," कुमारले व्याख्या गरे।

कोलम्बियाका ग्याङका विद्यार्थीहरूले त्यसपछि रासायनिक र अप्टिकल प्रकार्यहरू भएका दुई फरक प्रकारका सामग्रीहरूको संगठनलाई कसरी चलाउन एसेम्बली प्लेटफर्म प्रयोग गर्न सकिन्छ भनेर प्रदर्शन गरे। एउटा अवस्थामा, तिनीहरूले दुई इन्जाइमहरूलाई सह-भेला गरे, उच्च प्याकिङ घनत्वको साथ 3-D एरेहरू सिर्जना गरे। यद्यपि इन्जाइमहरू रासायनिक रूपमा अपरिवर्तित रहे, तिनीहरूले इन्जाइम्याटिक गतिविधिमा लगभग चार गुणा वृद्धि देखाए। यी "न्यानोरेक्टरहरू" क्यास्केड प्रतिक्रियाहरू हेरफेर गर्न र रासायनिक रूपमा सक्रिय सामग्रीहरूको निर्माण सक्षम गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। अप्टिकल सामग्री प्रदर्शनको लागि, तिनीहरूले क्वान्टम डटहरूको दुई फरक रंगहरू मिसाए - साना न्यानोक्रिस्टलहरू जुन उच्च रंग संतृप्ति र चमकको साथ टेलिभिजन प्रदर्शनहरू बनाउन प्रयोग गरिँदैछ। फ्लोरोसेन्स माइक्रोस्कोपबाट खिचिएका छविहरूले देखाए कि गठन गरिएको जालीले प्रकाशको विवर्तन सीमा (तरंगदैर्ध्य) भन्दा तल रंग शुद्धता कायम राख्यो; यो गुणले विभिन्न प्रदर्शन र अप्टिकल संचार प्रविधिहरूमा महत्त्वपूर्ण रिजोलुसन सुधारको लागि अनुमति दिन सक्छ।

"हामीले सामग्रीहरू कसरी बनाउन सकिन्छ र तिनीहरूले कसरी काम गर्छन् भनेर पुनर्विचार गर्न आवश्यक छ," ग्याङले भने। "सामग्री पुन: डिजाइन आवश्यक नहुन सक्छ; केवल नयाँ तरिकाले अवस्थित सामग्रीहरू प्याकेज गर्नाले तिनीहरूको गुणहरू बढाउन सक्छ। सम्भावित रूपमा, हाम्रो प्लेटफर्म धेरै सानो स्केलमा र ठूलो सामग्री विविधता र डिजाइन गरिएको संरचनाहरूको साथ सामग्रीहरू नियन्त्रण गर्न '3-D प्रिन्टिङ निर्माणभन्दा बाहिर' एक सक्षम प्रविधि हुन सक्छ। विभिन्न सामग्री वर्गहरूको इच्छित न्यानो-वस्तुहरूबाट 3-D जालीहरू बनाउनको लागि समान दृष्टिकोण प्रयोग गरेर, अन्यथा असंगत मानिनेहरूलाई एकीकृत गर्नाले, न्यानो निर्माणमा क्रान्तिकारी परिवर्तन ल्याउन सक्छ।"

DOE/Brookhaven National Laboratory द्वारा प्रदान गरिएको सामग्री। नोट: सामग्री शैली र लम्बाइको लागि सम्पादन गर्न सकिन्छ।

दैनिक र साप्ताहिक रूपमा अद्यावधिक हुने ScienceDaily को नि:शुल्क इमेल न्यूजलेटरहरू मार्फत नवीनतम विज्ञान समाचार प्राप्त गर्नुहोस्। वा तपाईंको RSS रिडरमा प्रति घण्टा अद्यावधिक गरिएका समाचार फिडहरू हेर्नुहोस्:

ScienceDaily को बारेमा तपाईंको विचार हामीलाई भन्नुहोस् — हामी सकारात्मक र नकारात्मक दुवै टिप्पणीहरूलाई स्वागत गर्दछौं। साइट प्रयोग गर्दा कुनै समस्या छ? प्रश्नहरू छन्?