शास्त्रज्ञांनी नॅनोसाइज्ड मटेरिअल घटक किंवा "नॅनो-ऑब्जेक्ट्स" अतिशय वेगळ्या प्रकारच्या - अजैविक किंवा सेंद्रिय - इच्छित 3-डी संरचनांमध्ये एकत्रित करण्यासाठी एक व्यासपीठ विकसित केले आहे.जरी सेल्फ-असेंबली (SA) चा वापर अनेक प्रकारच्या नॅनोमटेरियल्सचे आयोजन करण्यासाठी यशस्वीरित्या केला गेला असला तरी, ही प्रक्रिया अत्यंत सिस्टीम-विशिष्ट आहे, सामग्रीच्या आंतरिक गुणधर्मांवर आधारित भिन्न संरचना निर्माण करते.नेचर मटेरिअल्समध्ये आज प्रकाशित झालेल्या एका पेपरमध्ये नोंदवल्याप्रमाणे, त्यांचे नवीन डीएनए-प्रोग्राम करण्यायोग्य नॅनोफॅब्रिकेशन प्लॅटफॉर्म नॅनोस्केलवर (एक मीटरच्या अब्जावधी) विविध 3-डी सामग्रीचे आयोजन करण्यासाठी लागू केले जाऊ शकते, जेथे अद्वितीय ऑप्टिकल, रासायनिक , आणि इतर गुणधर्म उदयास येतात.
“व्यावहारिक ऍप्लिकेशन्ससाठी SA हे निवडीचे तंत्र नसण्याचे एक प्रमुख कारण हे आहे की समान SA प्रक्रिया विविध नॅनोकम्पोनंट्समधून एकसारखे 3-डी ऑर्डर केलेले ॲरे तयार करण्यासाठी विस्तृत सामग्रीवर लागू केली जाऊ शकत नाही,” असे संबंधित लेखक ओलेग गँग यांनी स्पष्ट केले. , सेंटर फॉर फंक्शनल नॅनोमटेरिअल्स (CFN) मधील सॉफ्ट आणि बायो नॅनोमटेरिअल्स ग्रुपचे नेते — ब्रूकहेव्हन नॅशनल लॅबोरेटरी येथील यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी (DOE) ऑफ सायन्स युजर फॅसिलिटी ऑफिस — आणि केमिकल इंजिनिअरिंग आणि अप्लाइड फिजिक्स आणि मटेरियल सायन्सचे प्राध्यापक. कोलंबिया अभियांत्रिकी येथे."येथे, आम्ही धातू, अर्धसंवाहक आणि अगदी प्रथिने आणि एन्झाईम्ससह विविध अजैविक किंवा सेंद्रिय नॅनो-वस्तूंचा अंतर्भाव करू शकणाऱ्या कठोर पॉलीहेड्रल DNA फ्रेम्सची रचना करून भौतिक गुणधर्मांमधून SA प्रक्रिया डीकपल केली आहे."
शास्त्रज्ञांनी क्यूब, ऑक्टाहेड्रॉन आणि टेट्राहेड्रॉनच्या आकारात सिंथेटिक डीएनए फ्रेम तयार केल्या.फ्रेम्सच्या आत DNA “हात” असतात ज्यांना केवळ पूरक DNA क्रम असलेल्या नॅनो-ऑब्जेक्ट्स बांधता येतात.हे मटेरियल व्हॉक्सेल — डीएनए फ्रेम आणि नॅनो-ऑब्जेक्टचे एकत्रीकरण — हे बिल्डिंग ब्लॉक्स आहेत ज्यातून मॅक्रोस्केल 3-डी स्ट्रक्चर्स बनवता येतात.फ्रेम्स त्यांच्या शिरोबिंदूंवर एन्कोड केलेल्या पूरक अनुक्रमांनुसार कोणत्या प्रकारचे नॅनो-ऑब्जेक्ट आत आहे (किंवा नाही) याची पर्वा न करता एकमेकांना जोडतात.त्यांच्या आकारावर अवलंबून, फ्रेम्समध्ये शिरोबिंदूंची संख्या भिन्न असते आणि त्यामुळे पूर्णपणे भिन्न संरचना तयार होतात.फ्रेम्सच्या आत होस्ट केलेले कोणतेही नॅनो-ऑब्जेक्ट त्या विशिष्ट फ्रेम स्ट्रक्चरवर घेतात.
त्यांचा असेंब्ली दृष्टीकोन प्रदर्शित करण्यासाठी, शास्त्रज्ञांनी धातू (सोने) आणि अर्धसंवाहक (कॅडमियम सेलेनाइड) नॅनोकण आणि एक जिवाणू प्रथिने (स्ट्रेप्टाव्हिडिन) डीएनए फ्रेममध्ये ठेवण्यासाठी अजैविक आणि सेंद्रिय नॅनो-ऑब्जेक्ट म्हणून निवडले.प्रथम, त्यांनी CFN इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी सुविधा आणि व्हॅन अँडेल इन्स्टिट्यूटमध्ये इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपसह इमेजिंग करून DNA फ्रेम्सची अखंडता आणि मटेरियल व्हॉक्सेलच्या निर्मितीची पुष्टी केली, ज्यात जैविक नमुन्यांसाठी क्रायोजेनिक तापमानावर काम करणाऱ्या उपकरणांचा संच आहे.त्यानंतर त्यांनी नॅशनल सिंक्रोट्रॉन लाइट सोर्स II (NSLS-II) च्या सुसंगत हार्ड एक्स-रे स्कॅटरिंग आणि कॉम्प्लेक्स मटेरियल स्कॅटरिंग बीमलाइन येथे 3-डी जाळीच्या स्ट्रक्चर्सची तपासणी केली - ब्रूकेव्हेन लॅबमधील दुसरे DOE ऑफिस ऑफ सायन्स यूजर फॅसिलिटी.कोलंबिया अभियांत्रिकी बायखोव्स्की रासायनिक अभियांत्रिकीचे प्राध्यापक सनत कुमार आणि त्यांच्या गटाने संगणकीय मॉडेलिंग केले आणि हे उघड केले की प्रायोगिकपणे निरीक्षण केलेल्या जाळीच्या रचना (क्ष-किरण विखुरण्याच्या नमुन्यांवर आधारित) या भौतिक व्हॉक्सेल तयार करू शकतील अशा थर्मोडायनामिकली स्थिर आहेत.
“हे मटेरियल व्हॉक्सेल आम्हाला अणू (आणि रेणू) आणि ते तयार करणाऱ्या स्फटिकांपासून मिळालेल्या कल्पना वापरण्यास सुरुवात करतात आणि नॅनोस्केलवर स्वारस्य असलेल्या प्रणालींमध्ये हे अफाट ज्ञान आणि डेटाबेस पोर्ट करतात,” कुमार यांनी स्पष्ट केले.
कोलंबिया येथील गँगच्या विद्यार्थ्यांनी नंतर रासायनिक आणि ऑप्टिकल फंक्शन्ससह दोन वेगवेगळ्या प्रकारच्या सामग्रीचे संघटन चालविण्यासाठी असेंब्ली प्लॅटफॉर्मचा वापर कसा केला जाऊ शकतो हे दाखवून दिले.एका प्रकरणात, त्यांनी दोन एंजाइम एकत्र केले, उच्च पॅकिंग घनतेसह 3-डी ॲरे तयार केले.जरी एंजाइम रासायनिकदृष्ट्या अपरिवर्तित राहिले, तरीही त्यांनी एन्झाइमॅटिक क्रियाकलापांमध्ये सुमारे चौपट वाढ दर्शविली.या "नॅनोरेक्टर्स" चा वापर कॅस्केड प्रतिक्रियांमध्ये फेरफार करण्यासाठी आणि रासायनिक दृष्ट्या सक्रिय पदार्थांची निर्मिती सक्षम करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.ऑप्टिकल सामग्रीच्या प्रात्यक्षिकासाठी, त्यांनी क्वांटम डॉट्सचे दोन भिन्न रंग मिसळले - लहान नॅनोक्रिस्टल्स जे उच्च रंग संपृक्तता आणि ब्राइटनेससह टेलिव्हिजन डिस्प्ले करण्यासाठी वापरले जात आहेत.फ्लूरोसेन्स मायक्रोस्कोपने कॅप्चर केलेल्या प्रतिमांमध्ये असे दिसून आले की तयार केलेल्या जाळीने प्रकाशाच्या विवर्तन मर्यादेपेक्षा (तरंगलांबी) रंगाची शुद्धता राखली;या गुणधर्मामुळे विविध डिस्प्ले आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन तंत्रज्ञानामध्ये लक्षणीय रिझोल्यूशन सुधारणा होऊ शकते.
"मटेरियल कसे तयार केले जाऊ शकते आणि ते कसे कार्य करतात यावर आम्हाला पुनर्विचार करणे आवश्यक आहे," गँग म्हणाले."साहित्य पुनर्रचना आवश्यक असू शकत नाही;फक्त नवीन मार्गांनी विद्यमान सामग्रीचे पॅकेजिंग त्यांचे गुणधर्म वाढवू शकते.संभाव्यतः, आमचे प्लॅटफॉर्म '3-डी प्रिंटिंग मॅन्युफॅक्चरिंगच्या पलीकडे' एक सक्षम तंत्रज्ञान असू शकते जे खूप लहान स्केलवर आणि मोठ्या सामग्रीच्या विविधतेसह आणि डिझाइन केलेल्या रचनांसह सामग्री नियंत्रित करू शकते.वेगवेगळ्या भौतिक वर्गांच्या इच्छित नॅनो-ऑब्जेक्ट्सपासून 3-डी जाळी तयार करण्यासाठी समान दृष्टीकोन वापरणे, अन्यथा विसंगत मानल्या जाणाऱ्या वस्तू एकत्रित करणे, नॅनोमॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये क्रांती घडवू शकते.
DOE/Brookhaven राष्ट्रीय प्रयोगशाळेद्वारे प्रदान केलेले साहित्य.टीप: शैली आणि लांबीसाठी सामग्री संपादित केली जाऊ शकते.
ScienceDaily च्या विनामूल्य ईमेल वृत्तपत्रांसह नवीनतम विज्ञान बातम्या मिळवा, दररोज आणि साप्ताहिक अद्यतनित करा.किंवा तुमच्या RSS रीडरमध्ये दर तासाला अपडेट केलेले न्यूजफीड पहा:
सायन्सडेलीबद्दल तुमचे काय मत आहे ते आम्हाला सांगा — आम्ही सकारात्मक आणि नकारात्मक अशा दोन्ही टिप्पण्यांचे स्वागत करतो.साइट वापरताना काही समस्या आहेत?प्रश्न?
पोस्ट वेळ: जुलै-04-2022