I scientifichi anu sviluppatu una piattaforma per assemblà cumpunenti di materiale di dimensioni nanometriche, o "nano-oggetti", di tipi assai diversi - inorganici o organici - in strutture 3D desiderate. Ancu s'è l'autoassemblaggio (SA) hè statu utilizatu cù successu per urganizà nanomateriali di parechji tipi, u prucessu hè statu estremamente specificu per u sistema, generendu diverse strutture basate nantu à e proprietà intrinseche di i materiali. Cum'è riportatu in un articulu publicatu oghje in Nature Materials, a so nova piattaforma di nanofabbricazione programmabile da DNA pò esse applicata per urganizà una varietà di materiali 3D in i stessi modi prescritti à nanoscala (miliardesimi di metru), induve emergenu proprietà ottiche, chimiche è altre uniche.
«Una di e ragioni principali per chì l'SA ùn hè micca una tecnica di scelta per l'applicazioni pratiche hè chì u listessu prucessu SA ùn pò esse applicatu à una vasta gamma di materiali per creà matrici ordinate in 3D identiche da diversi nanocomponenti», hà spiegatu l'autore currispundente Oleg Gang, capu di u Soft and Bio Nanomaterials Group à u Center for Functional Nanomaterials (CFN) - una struttura per l'utilizatori di l'Uffiziu di a Scienza di u Dipartimentu di l'Energia di i Stati Uniti (DOE) à u Laboratoriu Naziunale di Brookhaven - è prufessore di Ingegneria Chimica è di Fisica Applicata è Scienza di i Materiali à Columbia Engineering. «Quì, avemu disaccoppiatu u prucessu SA da e proprietà di i materiali cuncependu quadri di DNA poliedrichi rigidi chì ponu incapsulà vari nano-oggetti inorganici o organici, cumpresi metalli, semiconduttori, è ancu proteine è enzimi».
I scientifichi anu cuncipitu quadri sintetici di DNA in forma di cubu, ottaedru è tetraedru. Dentru à i quadri ci sò "bracci" di DNA à i quali solu i nano-uggetti cù a sequenza di DNA cumplementare ponu ligà si. Quessi voxel materiali - l'integrazione di u quadru di DNA è di u nano-ughjettu - sò i blocchi di custruzzione da i quali si ponu fà strutture 3D à macroscala. I quadri si cunnettanu trà di elli indipendentemente da u tipu di nano-ughjettu chì si trova dentru (o micca) secondu e sequenze cumplementari cù e quali sò codificati à i so vertici. Sicondu a so forma, i quadri anu un numeru diversu di vertici è cusì formanu strutture cumpletamente diverse. Ogni nano-ughjettu ospitatu dentru à i quadri assume quella struttura di quadru specifica.
Per dimustrà u so approcciu d'assemblaggio, i scientifichi anu sceltu nanoparticelle metalliche (oru) è semiconduttrici (seleniru di cadmiu) è una proteina batterica (streptavidina) cum'è nano-uggetti inorganici è organici da piazzà in i quadri di DNA. Prima, anu cunfirmatu l'integrità di i quadri di DNA è a furmazione di voxel materiali per imaging cù microscopi elettronichi à u CFN Electron Microscopy Facility è à u Van Andel Institute, chì hà una suite di strumenti chì operanu à temperature criogeniche per campioni biologichi. Anu dopu sondatu e strutture di reticolo 3-D à e linee di fasciu Coherent Hard X-ray Scattering and Complex Materials Scattering di a National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - un'altra struttura per l'utilizatori di l'Office of Science di u DOE à u Brookhaven Lab. U prufessore di ingegneria chimica di Columbia Engineering Bykhovsky Sanat Kumar è u so gruppu anu realizatu una modellistica computazionale chì revela chì e strutture di reticolo osservate sperimentalmente (basate nantu à i mudelli di scattering di raggi X) eranu e più termodinamicamente stabili chì i voxel materiali pudianu furmà.
«Questi voxel materiali ci permettenu di cumincià à aduprà idee derivate da atomi (è molecule) è i cristalli chì formanu, è di purtà sta vasta cunniscenza è basa di dati à sistemi d'interessu à nanoscala», hà spiegatu Kumar.
I studienti di Gang à Columbia anu tandu dimustratu cumu a piattaforma d'assemblea puderia esse aduprata per guidà l'urganizazione di dui tipi diversi di materiali cù funzioni chimiche è ottiche. In un casu, anu co-assemblatu dui enzimi, creendu matrici 3D cù una alta densità d'imballaggio. Ancu s'è l'enzimi sò rimasti chimicamente invariati, anu mostratu un aumentu di circa quattru volte di l'attività enzimatica. Quessi "nanoreattori" puderanu esse aduprati per manipulà e reazioni in cascata è permette a fabricazione di materiali chimicamente attivi. Per a dimostrazione di u materiale otticu, anu mischiatu dui culori diversi di punti quantichi - picculi nanocristalli chì sò aduprati per fà schermi televisivi cù alta saturazione di culore è luminosità. L'imaghjini catturate cù un microscopiu à fluorescenza anu mostratu chì u reticolo furmatu mantene a purità di u culore sottu à u limite di diffrazione (lunghezza d'onda) di a luce; sta pruprietà puderia permette un miglioramentu significativu di a risoluzione in varie tecnulugie di visualizazione è di cumunicazione ottica.
«Avemu bisognu di ripensà cumu si ponu furmà i materiali è cumu funzionanu», hà dettu Gang. «A riprogettazione di i materiali ùn pò micca esse necessaria; u semplice imballaggio di i materiali esistenti in novi modi puderia migliurà e so proprietà. Potenzialmente, a nostra piattaforma puderia esse una tecnulugia abilitante "al di là di a fabricazione di stampa 3D" per cuntrullà i materiali à scale assai più chjuche è cù una più grande varietà di materiali è cumpusizioni cuncepite. Usà u listessu approcciu per furmà reticoli 3D da nano-uggetti desiderati di diverse classi di materiali, integrendu quelli chì altrimenti serianu cunsiderati incompatibili, puderia rivoluzionà a nanofabricazione.»
Materiali furniti da DOE/Brookhaven National Laboratory. Nota: U cuntenutu pò esse mudificatu per stile è lunghezza.
Ricevi l'ultime nutizie scientifiche cù i bulletini gratuiti per email di ScienceDaily, aghjurnati ogni ghjornu è ogni settimana. Oppure visualizza i feed di notizie aghjurnati ogni ora in u vostru lettore RSS:
Diteci ciò chì pensate di ScienceDaily - accugliemu cummenti pusitivi è negativi. Avete qualchì prublema à aduprà u situ? Dumande?
Data di publicazione: 04-lugliu-2022