शास्त्रज्ञांनी नॅनोसाईज्ड मटेरियल घटक किंवा "नॅनो-ऑब्जेक्ट्स", जे अगदी वेगवेगळ्या प्रकारचे - अजैविक किंवा सेंद्रिय - इच्छित 3-D संरचनांमध्ये एकत्र करण्यासाठी एक व्यासपीठ विकसित केले आहे. जरी स्वयं-असेंबली (SA) अनेक प्रकारच्या नॅनोमटेरियल्सचे आयोजन करण्यासाठी यशस्वीरित्या वापरली गेली असली तरी, ही प्रक्रिया अत्यंत प्रणाली-विशिष्ट आहे, ज्यामुळे पदार्थांच्या अंतर्गत गुणधर्मांवर आधारित वेगवेगळ्या रचना निर्माण होतात. आज नेचर मटेरियल्समध्ये प्रकाशित झालेल्या एका पेपरमध्ये नोंदवल्याप्रमाणे, त्यांचे नवीन डीएनए-प्रोग्राम करण्यायोग्य नॅनोफॅब्रिकेशन प्लॅटफॉर्म नॅनोस्केल (मीटरच्या अब्जावधी भाग) वर त्याच निर्धारित पद्धतीने विविध 3-D मटेरियलचे आयोजन करण्यासाठी लागू केले जाऊ शकते, जिथे अद्वितीय ऑप्टिकल, रासायनिक आणि इतर गुणधर्म उदयास येतात.
"प्रॅक्टिकल अॅप्लिकेशन्ससाठी SA हे पसंतीचे तंत्र का नाही याचे एक प्रमुख कारण म्हणजे वेगवेगळ्या नॅनोकंपोनेंट्समधून एकसारखे 3-डी ऑर्डर केलेले अॅरे तयार करण्यासाठी समान SA प्रक्रिया विविध मटेरियलमध्ये लागू केली जाऊ शकत नाही," असे संबंधित लेखक ओलेग गँग, सेंटर फॉर फंक्शनल नॅनोमटेरियल्स (CFN) - ब्रुकहेवन नॅशनल लॅबोरेटरी येथील यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी (DOE) ऑफिस ऑफ सायन्स युजर फॅसिलिटी - येथील सॉफ्ट अँड बायो नॅनोमटेरियल्स ग्रुपचे नेते आणि कोलंबिया इंजिनिअरिंगमधील केमिकल इंजिनिअरिंग आणि अप्लाइड फिजिक्स अँड मटेरियल्स सायन्सचे प्राध्यापक यांनी स्पष्ट केले. "येथे, आम्ही धातू, अर्धवाहक आणि अगदी प्रथिने आणि एन्झाईम्ससह विविध अजैविक किंवा सेंद्रिय नॅनो-ऑब्जेक्ट्सना समाविष्ट करू शकणार्‍या कठोर पॉलीहेड्रल डीएनए फ्रेम्स डिझाइन करून SA प्रक्रियेला मटेरियल गुणधर्मांपासून वेगळे केले."
शास्त्रज्ञांनी घन, अष्टाहेड्रॉन आणि चतुष्पादाच्या आकारात कृत्रिम डीएनए फ्रेम तयार केल्या. फ्रेम्सच्या आत डीएनए "बाहू" आहेत ज्यांच्याशी केवळ पूरक डीएनए अनुक्रम असलेल्या नॅनो-ऑब्जेक्ट्स बांधू शकतात. हे मटेरियल व्होक्सेल - डीएनए फ्रेम आणि नॅनो-ऑब्जेक्टचे एकत्रीकरण - हे बिल्डिंग ब्लॉक्स आहेत ज्यापासून मॅक्रोस्केल 3-डी स्ट्रक्चर्स बनवता येतात. फ्रेम्स एकमेकांशी जोडल्या जातात, त्यांच्या शिरोबिंदूंवर एन्कोड केलेल्या पूरक अनुक्रमांनुसार आत कोणत्या प्रकारचे नॅनो-ऑब्जेक्ट आहे (किंवा नाही) याची पर्वा न करता. त्यांच्या आकारानुसार, फ्रेम्समध्ये वेगवेगळ्या शिरोबिंदू असतात आणि त्यामुळे पूर्णपणे भिन्न रचना तयार होतात. फ्रेम्समध्ये होस्ट केलेले कोणतेही नॅनो-ऑब्जेक्ट त्या विशिष्ट फ्रेम स्ट्रक्चरवर अवलंबून असतात.
त्यांच्या असेंब्ली पद्धतीचे प्रदर्शन करण्यासाठी, शास्त्रज्ञांनी डीएनए फ्रेम्समध्ये ठेवण्यासाठी धातू (सोने) आणि अर्धचालक (कॅडमियम सेलेनाइड) नॅनोपार्टिकल्स आणि एक बॅक्टेरिया प्रोटीन (स्ट्रेप्टाव्हिडिन) हे अजैविक आणि सेंद्रिय नॅनो-ऑब्जेक्ट्स म्हणून निवडले. प्रथम, त्यांनी सीएफएन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी फॅसिलिटी आणि व्हॅन अँडेल इन्स्टिट्यूट येथे इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपसह इमेजिंग करून डीएनए फ्रेम्सची अखंडता आणि मटेरियल व्हॉक्सेलची निर्मितीची पुष्टी केली, ज्यामध्ये जैविक नमुन्यांसाठी क्रायोजेनिक तापमानावर काम करणाऱ्या उपकरणांचा संच आहे. त्यानंतर त्यांनी ब्रुकहेवन लॅबमधील डीओई ऑफिस ऑफ सायन्स युजर फॅसिलिटी - नॅशनल सिंक्रोट्रॉन लाइट सोर्स II (NSLS-II) च्या कोहेरंट हार्ड एक्स-रे स्कॅटरिंग आणि कॉम्प्लेक्स मटेरियल्स स्कॅटरिंग बीमलाइन्समध्ये 3-डी जाळी संरचनांची तपासणी केली. कोलंबिया अभियांत्रिकी बायखोव्स्की केमिकल इंजिनिअरिंगचे प्राध्यापक सनत कुमार आणि त्यांच्या गटाने संगणकीय मॉडेलिंग केले ज्यावरून असे दिसून आले की प्रायोगिकरित्या निरीक्षण केलेल्या जाळी संरचना (एक्स-रे स्कॅटरिंग पॅटर्नवर आधारित) मटेरियल व्हॉक्सेल तयार करू शकणाऱ्या सर्वात थर्मोडायनामिकली स्थिर होत्या.
"हे मटेरियल व्हॉक्सेल आपल्याला अणू (आणि रेणू) आणि ते तयार करणाऱ्या क्रिस्टल्सपासून मिळवलेल्या कल्पना वापरण्यास सुरुवात करण्यास आणि हे विशाल ज्ञान आणि डेटाबेस नॅनोस्केलवर स्वारस्य असलेल्या प्रणालींमध्ये पोर्ट करण्यास अनुमती देतात," कुमार यांनी स्पष्ट केले.
त्यानंतर कोलंबिया येथील गँगच्या विद्यार्थ्यांनी असेंब्ली प्लॅटफॉर्मचा वापर रासायनिक आणि ऑप्टिकल फंक्शन्स असलेल्या दोन वेगवेगळ्या प्रकारच्या पदार्थांचे संघटन करण्यासाठी कसा करता येईल हे दाखवून दिले. एका प्रकरणात, त्यांनी दोन एन्झाईम्स एकत्र केले, ज्यामुळे उच्च पॅकिंग घनतेसह 3-डी अॅरे तयार झाले. जरी एन्झाईम्स रासायनिकदृष्ट्या अपरिवर्तित राहिले, तरी त्यांनी एन्झाईमॅटिक क्रियाकलापात सुमारे चार पट वाढ दर्शविली. या "नॅनोरेक्टर्स" चा वापर कॅस्केड प्रतिक्रियांमध्ये फेरफार करण्यासाठी आणि रासायनिकदृष्ट्या सक्रिय पदार्थांचे उत्पादन सक्षम करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. ऑप्टिकल मटेरियल प्रात्यक्षिकासाठी, त्यांनी क्वांटम डॉट्सचे दोन भिन्न रंग मिसळले - उच्च रंग संतृप्तता आणि ब्राइटनेससह टेलिव्हिजन डिस्प्ले बनवण्यासाठी वापरले जाणारे लहान नॅनोक्रिस्टल्स. फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपने घेतलेल्या प्रतिमांवरून असे दिसून आले की तयार झालेल्या जाळीने प्रकाशाच्या विवर्तन मर्यादेपेक्षा (तरंगलांबी) कमी रंग शुद्धता राखली आहे; या गुणधर्मामुळे विविध डिस्प्ले आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन तंत्रज्ञानामध्ये लक्षणीय रिझोल्यूशन सुधारणा होऊ शकते.
"सामग्री कशी तयार केली जाऊ शकते आणि ती कशी कार्य करते याचा आपल्याला पुनर्विचार करण्याची गरज आहे," गँग म्हणाले. "सामग्रीची पुनर्रचना करणे आवश्यक असू शकत नाही; फक्त विद्यमान साहित्यांना नवीन पद्धतीने पॅकेज केल्याने त्यांचे गुणधर्म वाढू शकतात. संभाव्यतः, आमचे प्लॅटफॉर्म '3-D प्रिंटिंग मॅन्युफॅक्चरिंगच्या पलीकडे' एक सक्षम तंत्रज्ञान असू शकते जे खूपच लहान प्रमाणात आणि मोठ्या प्रमाणात मटेरियल विविधता आणि डिझाइन केलेल्या रचनांसह मटेरियल नियंत्रित करू शकते. वेगवेगळ्या मटेरियल वर्गांच्या इच्छित नॅनो-ऑब्जेक्ट्सपासून 3-D जाळी तयार करण्यासाठी समान दृष्टिकोन वापरून, अन्यथा विसंगत मानले जाणाऱ्या वस्तू एकत्रित केल्याने, नॅनोमॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये क्रांती घडवू शकते."
डीओई/ब्रुकहेवन नॅशनल लॅबोरेटरी द्वारे प्रदान केलेले साहित्य. टीप: शैली आणि लांबीसाठी सामग्री संपादित केली जाऊ शकते.
सायन्सडेलीच्या मोफत ईमेल न्यूजलेटरसह नवीनतम विज्ञान बातम्या मिळवा, जे दररोज आणि आठवड्याला अपडेट केले जातात. किंवा तुमच्या RSS रीडरमध्ये दर तासाला अपडेट केलेले न्यूजफीड पहा:
सायन्सडेलीबद्दल तुमचे काय मत आहे ते आम्हाला सांगा — आम्ही सकारात्मक आणि नकारात्मक दोन्ही प्रकारच्या टिप्पण्यांचे स्वागत करतो. साइट वापरताना काही समस्या आहेत का? प्रश्न आहेत का?
पोस्ट वेळ: जुलै-०४-२०२२