కోరిక యొక్క నానో-వస్తువులు: 3Dలో ఆర్డర్ చేయబడిన నానోస్ట్రక్చర్‌లను సమీకరించడం - సైన్స్‌డైలీ

శాస్త్రవేత్తలు నానోసైజ్ చేయబడిన పదార్థ భాగాలు లేదా "నానో-వస్తువులను" - అకర్బన లేదా సేంద్రీయ - కావలసిన 3-D నిర్మాణాలలో సమీకరించడానికి ఒక వేదికను అభివృద్ధి చేశారు. స్వీయ-అసెంబ్లీ (SA) అనేక రకాల నానోమెటీరియల్‌లను నిర్వహించడానికి విజయవంతంగా ఉపయోగించబడుతున్నప్పటికీ, ఈ ప్రక్రియ చాలా వ్యవస్థ-నిర్దిష్టంగా ఉంది, పదార్థాల అంతర్గత లక్షణాల ఆధారంగా విభిన్న నిర్మాణాలను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. నేచర్ మెటీరియల్స్‌లో ఈరోజు ప్రచురించబడిన ఒక పత్రంలో నివేదించినట్లుగా, వారి కొత్త DNA-ప్రోగ్రామబుల్ నానోఫ్యాబ్రికేషన్ ప్లాట్‌ఫామ్‌ను నానోస్కేల్ (మీటర్‌లో బిలియన్ల వంతు) వద్ద అదే సూచించిన మార్గాల్లో వివిధ రకాల 3-D పదార్థాలను నిర్వహించడానికి అన్వయించవచ్చు, ఇక్కడ ప్రత్యేకమైన ఆప్టికల్, రసాయన మరియు ఇతర లక్షణాలు ఉద్భవిస్తాయి.

"SA ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలకు ఎంపిక చేసుకునే సాంకేతికత కాకపోవడానికి ఒక ప్రధాన కారణం ఏమిటంటే, ఒకే SA ప్రక్రియను విస్తృత శ్రేణి పదార్థాలలో అన్వయించి వివిధ నానోకంపొనెంట్ల నుండి ఒకేలాంటి 3-D ఆర్డర్డ్ శ్రేణులను సృష్టించలేము" అని సంబంధిత రచయిత ఒలేగ్ గ్యాంగ్ వివరించారు - బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీలోని US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ (DOE) ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ యూజర్ ఫెసిలిటీ అయిన సెంటర్ ఫర్ ఫంక్షనల్ నానోమెటీరియల్స్ (CFN)లోని సాఫ్ట్ అండ్ బయో నానోమెటీరియల్స్ గ్రూప్ నాయకుడు మరియు కొలంబియా ఇంజనీరింగ్‌లో కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ మరియు అప్లైడ్ ఫిజిక్స్ అండ్ మెటీరియల్స్ సైన్స్ ప్రొఫెసర్. "ఇక్కడ, లోహాలు, సెమీకండక్టర్లు మరియు ప్రోటీన్లు మరియు ఎంజైమ్‌లతో సహా వివిధ అకర్బన లేదా సేంద్రీయ నానో-వస్తువులను కప్పి ఉంచగల దృఢమైన పాలీహెడ్రల్ DNA ఫ్రేమ్‌లను రూపొందించడం ద్వారా మేము SA ప్రక్రియను పదార్థ లక్షణాల నుండి విడదీశాము."

శాస్త్రవేత్తలు క్యూబ్, ఆక్టాహెడ్రాన్ మరియు టెట్రాహెడ్రాన్ ఆకారంలో సింథటిక్ DNA ఫ్రేమ్‌లను రూపొందించారు. ఫ్రేమ్‌ల లోపల DNA "చేతులు" ఉన్నాయి, వీటిని పరిపూరక DNA శ్రేణి కలిగిన నానో-వస్తువులు మాత్రమే బంధించగలవు. ఈ మెటీరియల్ వోక్సెల్‌లు - DNA ఫ్రేమ్ మరియు నానో-వస్తువు యొక్క ఏకీకరణ - మాక్రోస్కేల్ 3-D నిర్మాణాలను తయారు చేయగల బిల్డింగ్ బ్లాక్‌లు. ఫ్రేమ్‌లు వాటి శీర్షాల వద్ద ఎన్‌కోడ్ చేయబడిన పరిపూరక శ్రేణుల ప్రకారం లోపల ఏ రకమైన నానో-వస్తువు ఉందో (లేదా లేకపోయినా) ఒకదానికొకటి కనెక్ట్ అవుతాయి. వాటి ఆకారాన్ని బట్టి, ఫ్రేమ్‌లు వేర్వేరు సంఖ్యలో శీర్షాలను కలిగి ఉంటాయి మరియు తద్వారా పూర్తిగా భిన్నమైన నిర్మాణాలను ఏర్పరుస్తాయి. ఫ్రేమ్‌ల లోపల హోస్ట్ చేయబడిన ఏదైనా నానో-వస్తువులు ఆ నిర్దిష్ట ఫ్రేమ్ నిర్మాణాన్ని తీసుకుంటాయి.

వారి అసెంబ్లీ విధానాన్ని ప్రదర్శించడానికి, శాస్త్రవేత్తలు DNA ఫ్రేమ్‌ల లోపల ఉంచాల్సిన అకర్బన మరియు సేంద్రీయ నానో-వస్తువులుగా లోహ (బంగారం) మరియు సెమీకండక్టింగ్ (కాడ్మియం సెలెనైడ్) నానోపార్టికల్స్ మరియు బాక్టీరియల్ ప్రోటీన్ (స్ట్రెప్టావిడిన్)లను ఎంచుకున్నారు. మొదట, వారు CFN ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ ఫెసిలిటీ మరియు జీవ నమూనాల కోసం క్రయోజెనిక్ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేసే పరికరాల సూట్‌ను కలిగి ఉన్న వాన్ ఆండెల్ ఇన్‌స్టిట్యూట్‌లో ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్‌లతో ఇమేజింగ్ చేయడం ద్వారా DNA ఫ్రేమ్‌ల సమగ్రతను మరియు మెటీరియల్ వోక్సెల్‌ల ఏర్పాటును నిర్ధారించారు. ఆ తర్వాత వారు బ్రూక్‌హావెన్ ల్యాబ్‌లోని మరొక DOE ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ యూజర్ ఫెసిలిటీ అయిన నేషనల్ సింక్రోట్రోట్రాన్ లైట్ సోర్స్ II (NSLS-II) యొక్క కోహెరెంట్ హార్డ్ ఎక్స్-రే స్కాటరింగ్ మరియు కాంప్లెక్స్ మెటీరియల్స్ స్కాటరింగ్ బీమ్‌లైన్‌ల వద్ద 3-D లాటిస్ నిర్మాణాలను పరిశీలించారు. కొలంబియా ఇంజనీరింగ్ బైఖోవ్స్కీ కెమికల్ ఇంజనీరింగ్ ప్రొఫెసర్ సనత్ కుమార్ మరియు అతని బృందం కంప్యూటేషనల్ మోడలింగ్‌ను ప్రదర్శించారు, ప్రయోగాత్మకంగా గమనించిన లాటిస్ నిర్మాణాలు (ఎక్స్-రే స్కాటరింగ్ నమూనాల ఆధారంగా) మెటీరియల్ వోక్సెల్‌లు ఏర్పడగల అత్యంత థర్మోడైనమిక్‌గా స్థిరమైనవి అని వెల్లడించారు.

"ఈ మెటీరియల్ వోక్సెల్స్ అణువుల (మరియు అణువుల) నుండి మరియు అవి ఏర్పడే స్ఫటికాల నుండి ఉద్భవించిన ఆలోచనలను ఉపయోగించడం ప్రారంభించడానికి మరియు ఈ విస్తారమైన జ్ఞానం మరియు డేటాబేస్‌ను నానోస్కేల్ వద్ద ఆసక్తి ఉన్న వ్యవస్థలకు పోర్ట్ చేయడానికి మాకు అనుమతిస్తాయి" అని కుమార్ వివరించారు.

కొలంబియాలోని గ్యాంగ్ విద్యార్థులు రసాయన మరియు ఆప్టికల్ ఫంక్షన్లతో రెండు విభిన్న రకాల పదార్థాల సంస్థను నడపడానికి అసెంబ్లీ ప్లాట్‌ఫామ్‌ను ఎలా ఉపయోగించవచ్చో ప్రదర్శించారు. ఒక సందర్భంలో, వారు రెండు ఎంజైమ్‌లను సహ-సమీకరించి, అధిక ప్యాకింగ్ సాంద్రతతో 3-D శ్రేణులను సృష్టించారు. ఎంజైమ్‌లు రసాయనికంగా మారకుండా ఉన్నప్పటికీ, అవి ఎంజైమాటిక్ కార్యకలాపాలలో నాలుగు రెట్లు పెరుగుదలను చూపించాయి. ఈ "నానోరియాక్టర్లు" క్యాస్కేడ్ ప్రతిచర్యలను మార్చటానికి మరియు రసాయనికంగా చురుకైన పదార్థాల తయారీని ప్రారంభించడానికి ఉపయోగించవచ్చు. ఆప్టికల్ మెటీరియల్ ప్రదర్శన కోసం, వారు రెండు వేర్వేరు రంగుల క్వాంటం చుక్కలను కలిపారు - అధిక రంగు సంతృప్తత మరియు ప్రకాశంతో టెలివిజన్ డిస్‌ప్లేలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే చిన్న నానోక్రిస్టల్స్. ఫ్లోరోసెన్స్ మైక్రోస్కోప్‌తో సంగ్రహించిన చిత్రాలు ఏర్పడిన లాటిస్ కాంతి యొక్క విక్షేపణ పరిమితి (తరంగదైర్ఘ్యం) కంటే తక్కువ రంగు స్వచ్ఛతను కలిగి ఉందని చూపించాయి; ఈ లక్షణం వివిధ డిస్ప్లే మరియు ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ టెక్నాలజీలలో గణనీయమైన రిజల్యూషన్ మెరుగుదలను అనుమతిస్తుంది.

"పదార్థాలను ఎలా తయారు చేయవచ్చు మరియు అవి ఎలా పనిచేస్తాయో మనం పునరాలోచించుకోవాలి" అని గ్యాంగ్ అన్నారు. "పదార్థాల పునఃరూపకల్పన అవసరం లేకపోవచ్చు; ఉన్న పదార్థాలను కొత్త మార్గాల్లో ప్యాకేజింగ్ చేయడం వల్ల వాటి లక్షణాలను మెరుగుపరచవచ్చు. సంభావ్యంగా, మా ప్లాట్‌ఫామ్ '3-D ప్రింటింగ్ తయారీకి మించి' చాలా చిన్న ప్రమాణాల వద్ద మరియు ఎక్కువ పదార్థ వైవిధ్యం మరియు రూపొందించిన కూర్పులతో పదార్థాలను నియంత్రించడానికి వీలు కల్పించే సాంకేతికత కావచ్చు. విభిన్న పదార్థ తరగతులకు చెందిన కావలసిన నానో-వస్తువుల నుండి 3-D లాటిస్‌లను రూపొందించడానికి అదే విధానాన్ని ఉపయోగించడం, లేకపోతే అననుకూలంగా పరిగణించబడే వాటిని ఏకీకృతం చేయడం, నానో తయారీలో విప్లవాత్మక మార్పులు చేయవచ్చు."

DOE/బ్రూక్‌హావెన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ అందించిన మెటీరియల్స్. గమనిక: శైలి మరియు పొడవు కోసం కంటెంట్‌ను సవరించవచ్చు.

సైన్స్‌డైలీ యొక్క ఉచిత ఇమెయిల్ వార్తాలేఖలతో తాజా సైన్స్ వార్తలను పొందండి, ఇవి ప్రతిరోజూ మరియు వారానికొకసారి నవీకరించబడతాయి. లేదా మీ RSS రీడర్‌లో గంటకోసారి నవీకరించబడిన న్యూస్‌ఫీడ్‌లను వీక్షించండి:

సైన్స్‌డైలీ గురించి మీ అభిప్రాయాన్ని మాకు తెలియజేయండి — మేము సానుకూల మరియు ప్రతికూల వ్యాఖ్యలను స్వాగతిస్తాము. సైట్‌ను ఉపయోగించడంలో ఏవైనా సమస్యలు ఉన్నాయా? ప్రశ్నలు ఉన్నాయా?


పోస్ట్ సమయం: జూలై-04-2022