Գիտնականները մշակել են հարթակ՝ նանոչափսերի նյութական բաղադրիչները կամ «նանո-օբյեկտները»՝ շատ տարբեր տեսակի՝ անօրգանական կամ օրգանական, հավաքելու համար՝ ցանկալի եռաչափ կառուցվածքների մեջ։ Չնայած ինքնահավաքումը (ԻԱ) հաջողությամբ օգտագործվել է տարբեր տեսակի նանոնյութեր կազմակերպելու համար, այս գործընթացը խիստ համակարգային է եղել՝ ստեղծելով տարբեր կառուցվածքներ՝ հիմնվելով նյութերի ներքին հատկությունների վրա։ Ինչպես նշվում է Nature Materials-ում այսօր հրապարակված հոդվածում, նրանց նոր ԴՆԹ-ծրագրավորվող նանոպատրաստման հարթակը կարող է կիրառվել նանոմասշտաբով (միլիարդերորդ մետր) նույն սահմանված եղանակներով բազմազան եռաչափ նյութեր կազմակերպելու համար, որտեղ ի հայտ են գալիս եզակի օպտիկական, քիմիական և այլ հատկություններ։
«Գործնական կիրառությունների համար սինթետիկ նանոմատերիալների կիրառման մեթոդը չընտրելու հիմնական պատճառներից մեկն այն է, որ նույն սինթետիկ նանոմատերիալների գործընթացը չի կարող կիրառվել նյութերի լայն շրջանակի վրա՝ տարբեր նանոբաղադրիչներից նույնական եռաչափ կարգավորված զանգվածներ ստեղծելու համար», - բացատրեց համապատասխան հեղինակ Օլեգ Գանգը, Ֆունկցիոնալ նանոմատերիալների կենտրոնի (CFN)՝ Բրուքհեյվենի ազգային լաբորատորիայի ԱՄՆ Էներգետիկայի դեպարտամենտի (DOE) Գիտության օգտագործողի կենտրոնի փափուկ և կենսանյութերի խմբի ղեկավարը և Կոլումբիայի ճարտարագիտության համալսարանի քիմիական ճարտարագիտության, կիրառական ֆիզիկայի և նյութագիտության պրոֆեսորը։ «Այստեղ մենք սինթետիկ նանոմատերիալների կիրառման գործընթացը անջատեցինք նյութական հատկություններից՝ նախագծելով կոշտ բազմանիստ ԴՆԹ շրջանակներ, որոնք կարող են պարփակել տարբեր անօրգանական կամ օրգանական նանոօբյեկտներ, այդ թվում՝ մետաղներ, կիսահաղորդիչներ և նույնիսկ սպիտակուցներ և ֆերմենտներ»։
Գիտնականները ստեղծել են սինթետիկ ԴՆԹ շրջանակներ՝ խորանարդի, օկտաէդրի և քառաէդրի տեսքով։ Շրջանակների ներսում կան ԴՆԹ «թևեր», որոնց կարող են կապվել միայն լրացուցիչ ԴՆԹ հաջորդականություն ունեցող նանոօբյեկտները։ Այս նյութական վոքսելները՝ ԴՆԹ շրջանակի և նանոօբյեկտի ինտեգրացիան, այն շինանյութերն են, որոնցից կարելի է ստեղծել մակրոմասնաձև եռաչափ կառուցվածքներ։ Շրջանակները միանում են միմյանց՝ անկախ նրանից, թե ինչ տեսակի նանոօբյեկտ է ներսում (կամ ոչ)՝ համաձայն իրենց գագաթներում կոդավորված լրացուցիչ հաջորդականությունների։ Կախված իրենց ձևից՝ շրջանակներն ունեն գագաթների տարբեր քանակ և, հետևաբար, ձևավորում են բոլորովին այլ կառուցվածքներ։ Շրջանակների ներսում տեղակայված ցանկացած նանոօբյեկտ ընդունում է այդ կոնկրետ շրջանակի կառուցվածքը։
Իրենց հավաքման մոտեցումը ցուցադրելու համար գիտնականները որպես անօրգանական և օրգանական նանոօբյեկտներ՝ ԴՆԹ շրջանակների ներսում տեղադրելու համար, ընտրել են մետաղական (ոսկի) և կիսահաղորդչային (կադմիումի սելենիդ) նանոմասնիկներ և բակտերիալ սպիտակուց (ստրեպտավիդին): Նախ, նրանք հաստատել են ԴՆԹ շրջանակների ամբողջականությունը և նյութական վոքսելների ձևավորումը՝ պատկերելով էլեկտրոնային մանրադիտակներով CFN էլեկտրոնային մանրադիտակի կենտրոնում և Վան Անդելի ինստիտուտում, որն ունի գործիքների մի շարք, որոնք աշխատում են կրիոգեն ջերմաստիճաններում կենսաբանական նմուշների համար: Այնուհետև նրանք զոնդավորել են Ազգային սինխրոտրոնային լույսի աղբյուր II-ի (NSLS-II) կոհերենտ կոշտ ռենտգենյան ցրման և բարդ նյութերի ցրման ճառագայթային գծերի եռաչափ ցանցային կառուցվածքները, որը Բրուքհեյվեն լաբորատորիայի գիտության նախարարության մեկ այլ օգտագործողի հաստատություն է: Կոլումբիայի ճարտարագիտական Բիխովսկու անվան քիմիական ճարտարագիտության պրոֆեսոր Սանատ Կումարը և նրա խումբը կատարել են հաշվողական մոդելավորում՝ բացահայտելով, որ փորձարարորեն դիտարկված ցանցային կառուցվածքները (հիմնված ռենտգենյան ցրման օրինաչափությունների վրա) ամենաթերմոդինամիկորեն կայունն էին, որոնք կարող էին ձևավորել նյութական վոքսելները:
«Այս նյութական վոքսելները թույլ են տալիս մեզ սկսել օգտագործել ատոմներից (և մոլեկուլներից) և դրանց կողմից ձևավորվող բյուրեղներից ստացված գաղափարները և այս հսկայական գիտելիքներն ու տվյալների բազան տեղափոխել նանոմասշտաբի հետաքրքրության համակարգեր», - բացատրեց Կումարը։
Այնուհետև Գանգի ուսանողները Կոլումբիայում ցույց տվեցին, թե ինչպես կարելի է հավաքման հարթակը օգտագործել քիմիական և օպտիկական գործառույթներով երկու տարբեր տեսակի նյութերի կազմակերպումը խթանելու համար: Մի դեպքում նրանք համատեղ հավաքեցին երկու ֆերմենտ՝ ստեղծելով բարձր փաթեթավորման խտությամբ եռաչափ զանգվածներ: Չնայած ֆերմենտները մնացին քիմիապես անփոփոխ, դրանք ցույց տվեցին ֆերմենտային ակտիվության մոտ չորս անգամ աճ: Այս «նանոռեակտորները» կարող են օգտագործվել կասկադային ռեակցիաները մանիպուլացնելու և քիմիապես ակտիվ նյութերի արտադրությունը հնարավոր դարձնելու համար: Օպտիկական նյութի ցուցադրման համար նրանք խառնեցին քվանտային կետերի երկու տարբեր գույներ՝ փոքրիկ նանոբյուրեղներ, որոնք օգտագործվում են բարձր գունային հագեցվածությամբ և պայծառությամբ հեռուստացույցային էկրաններ պատրաստելու համար: Ֆլուորեսցենցիայի մանրադիտակով ստացված պատկերները ցույց տվեցին, որ ձևավորված ցանցը պահպանում է գունային մաքրությունը լույսի դիֆրակցիայի սահմանից (ալիքի երկարությունից) ցածր. այս հատկությունը կարող է թույլ տալ զգալիորեն բարելավել լուծաչափը տարբեր ցուցադրման և օպտիկական հաղորդակցման տեխնոլոգիաներում:
«Մենք պետք է վերանայենք, թե ինչպես կարող են նյութեր ձևավորվել և ինչպես են դրանք գործում», - ասաց Գանգը: «Նյութերի վերաձևավորումը կարող է անհրաժեշտ չլինել. պարզապես առկա նյութերը նոր ձևերով փաթեթավորելը կարող է բարելավել դրանց հատկությունները: Հնարավոր է՝ մեր հարթակը կարող է լինել «3D տպագրության արտադրությունից այն կողմ» հզոր տեխնոլոգիա՝ շատ ավելի փոքր մասշտաբներով և նյութերի ավելի մեծ բազմազանությամբ ու նախագծված կազմով նյութերը կառավարելու համար: Նույն մոտեցումը կիրառելով՝ տարբեր նյութերի դասերի ցանկալի նանոօբյեկտներից 3D ցանցեր ձևավորելու համար, ինտեգրելով այն, որոնք այլապես կհամարվեին անհամատեղելի, կարող է հեղափոխություն մտցնել նանոարտադրության մեջ»:
Նյութերը տրամադրվել են DOE/Brookhaven National Laboratory-ի կողմից: Նշում. Բովանդակությունը կարող է խմբագրվել ոճի և տևողության առումով:
Ստացեք գիտական վերջին նորությունները ScienceDaily-ի անվճար էլեկտրոնային փոստային տեղեկագրերի միջոցով, որոնք թարմացվում են ամեն օր և շաբաթական: Կամ դիտեք ժամ առ ժամ թարմացվող նորությունների հոսքերը ձեր RSS ընթերցողում:
Մեզ հետ կիսվեք ձեր կարծիքով ScienceDaily-ի մասին. մենք ողջունում ենք թե՛ դրական, թե՛ բացասական մեկնաբանությունները: Կայքն օգտագործելիս խնդիրներ ունե՞ք: Հարցեր ունե՞ք:
Հրապարակման ժամանակը. Հուլիս-04-2022