მეცნიერებმა შეიმუშავეს პლატფორმა ნანო ზომის მატერიალური კომპონენტების, ან „ნანო ობიექტების“ ძალიან განსხვავებული ტიპის - არაორგანული თუ ორგანული - სასურველ 3-D სტრუქტურებში მოსაწყობად. მიუხედავად იმისა, რომ თვითშეკრება (SA) წარმატებით იქნა გამოყენებული რამდენიმე სახის ნანომასალის ორგანიზებისთვის, პროცესი უკიდურესად სისტემური სპეციფიკური იყო, წარმოქმნის სხვადასხვა სტრუქტურებს მასალების შინაგან თვისებებზე დაყრდნობით. როგორც დღეს Nature Materials-ში გამოქვეყნებულ ნაშრომშია ნათქვამი, მათი ახალი დნმ-ით პროგრამირებადი ნანოფაბრიკაციის პლატფორმა შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა 3-D მასალების ორგანიზებისთვის ნანომასშტაბით (მილიარდედი მეტრი), სადაც უნიკალური ოპტიკური, ქიმიური და ჩნდება სხვა თვისებები.
„ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი იმისა, თუ რატომ არ არის SA არჩეული ტექნიკა პრაქტიკული გამოყენებისთვის არის ის, რომ იგივე SA პროცესის გამოყენება შეუძლებელია მასალების ფართო სპექტრში, რათა შეიქმნას იდენტური 3-D მოწესრიგებული მასივები სხვადასხვა ნანოკომპონენტებისგან“, განმარტა შესაბამისმა ავტორმა ოლეგ განგმა. , რბილი და ბიო ნანომასალების ჯგუფის ლიდერი ფუნქციური ნანომასალების ცენტრში (CFN) - აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის (DOE) მეცნიერების ოფისის მომხმარებელი. დაწესებულება ბრუკჰევენის ეროვნულ ლაბორატორიაში - და პროფესორი ქიმიური ინჟინერიისა და გამოყენებითი ფიზიკისა და მასალების მეცნიერების კოლუმბიის ინჟინერიაში. „აქ ჩვენ გავაცალკევეთ SA პროცესი მატერიალური თვისებებისგან ხისტი პოლიედრული დნმ-ის ჩარჩოების შემუშავებით, რომლებსაც შეუძლიათ სხვადასხვა არაორგანული ან ორგანული ნანო-ობიექტების, მათ შორის ლითონების, ნახევარგამტარების და ცილების და ფერმენტების ჩათვლით.
მეცნიერებმა შექმნეს სინთეზური დნმ-ის ჩარჩოები კუბის, ოქტაედრისა და ტეტრაედრის სახით. ჩარჩოების შიგნით არის დნმ-ის „მკლავები“, რომლებთან დაკავშირება მხოლოდ ნანო-ობიექტებს დნმ-ის დამატებითი თანმიმდევრობით შეუძლიათ. ეს მატერიალური ვოქსელები - დნმ-ის ჩარჩოსა და ნანო-ობიექტის ინტეგრაცია - არის სამშენებლო ბლოკები, საიდანაც შეიძლება შეიქმნას მაკრომასშტაბიანი 3-D სტრუქტურები. ჩარჩოები აკავშირებენ ერთმანეთს, მიუხედავად იმისა, თუ რა სახის ნანო ობიექტია შიგნით (ან არა) დამატებითი მიმდევრობების მიხედვით, რომლებითაც ისინი კოდირებულია მათ წვეროებზე. მათი ფორმის მიხედვით, ჩარჩოებს აქვთ წვეროების განსხვავებული რაოდენობა და, შესაბამისად, ქმნიან სრულიად განსხვავებულ სტრუქტურას. ნებისმიერი ნანო-ობიექტი, რომელიც განთავსებულია ჩარჩოებში, იღებს ამ კონკრეტულ ჩარჩო სტრუქტურას.
აწყობის მიდგომის საჩვენებლად, მეცნიერებმა აირჩიეს მეტალის (ოქრო) და ნახევარგამტარი (კადმიუმის სელენიდი) ნანონაწილაკები და ბაქტერიული ცილა (სტრეპტავიდინი), როგორც არაორგანული და ორგანული ნანოობიექტები, რომლებიც დნმ-ის ჩარჩოებში განთავსდება. პირველ რიგში, მათ დაადასტურეს დნმ-ის ჩარჩოების მთლიანობა და მატერიალური ვოქსელის წარმოქმნა CFN ელექტრონული მიკროსკოპის და ვან ანდელის ინსტიტუტში ელექტრონული მიკროსკოპით გამოსახულების საშუალებით, რომელსაც აქვს ინსტრუმენტების ნაკრები, რომლებიც მოქმედებენ კრიოგენურ ტემპერატურაზე ბიოლოგიური ნიმუშებისთვის. შემდეგ მათ გამოიკვლიეს 3-D გისოსების სტრუქტურები ნაციონალური სინქროტრონის სინათლის წყაროს II (NSLS-II) თანმიმდევრული მყარი რენტგენის გაფანტვისა და რთული მასალების გაფანტვის სხივებში - სხვა DOE მეცნიერების ოფისის მომხმარებელთა დაწესებულებაში Brookhaven Lab-ში. კოლუმბიის ინჟინერიის ბიხოვსკი ქიმიური ინჟინერიის პროფესორმა სანატ კუმარმა და მისმა ჯგუფმა შეასრულეს გამოთვლითი მოდელირება და გამოავლინეს, რომ ექსპერიმენტულად დაკვირვებული გისოსები (რენტგენის გაფანტვის ნიმუშებზე დაყრდნობით) იყო ყველაზე თერმოდინამიკურად სტაბილური, რაც მასალის ვოქსელებს შეეძლოთ.
„ეს მატერიალური ვოქსელები საშუალებას გვაძლევს დავიწყოთ ატომებიდან (და მოლეკულებიდან) და მათ მიერ წარმოქმნილი კრისტალებიდან მიღებული იდეების გამოყენება და ამ ვრცელი ცოდნისა და მონაცემთა ბაზის გადატანა ნანომასშტაბის საინტერესო სისტემებზე“, - განმარტა კუმარმა.
ბანდის სტუდენტებმა კოლუმბიაში აჩვენეს, თუ როგორ შეიძლება გამოყენებული იქნას ასამბლეის პლატფორმა ქიმიური და ოპტიკური ფუნქციების მქონე ორი სხვადასხვა სახის მასალის ორგანიზებისთვის. ერთ შემთხვევაში, მათ ერთობლივად შეკრიბეს ორი ფერმენტი, შექმნეს 3-D მასივები მაღალი შეფუთვის სიმკვრივით. მიუხედავად იმისა, რომ ფერმენტები ქიმიურად უცვლელი დარჩა, მათ აჩვენეს ფერმენტული აქტივობის დაახლოებით ოთხჯერ ზრდა. ეს "ნანორეაქტორები" შეიძლება გამოყენებულ იქნეს კასკადური რეაქციების მანიპულირებისთვის და ქიმიურად აქტიური მასალების დამზადებისთვის. ოპტიკური მასალის დემონსტრირებისთვის მათ შეურიეს კვანტური წერტილების ორი განსხვავებული ფერი - პაწაწინა ნანოკრისტალები, რომლებიც გამოიყენება სატელევიზიო ეკრანების შესაქმნელად მაღალი ფერის გაჯერებით და სიკაშკაშით. ფლუორესცენტული მიკროსკოპით გადაღებულმა სურათებმა აჩვენა, რომ წარმოქმნილი გისოსი ინარჩუნებდა ფერის სისუფთავეს სინათლის დიფრაქციული ლიმიტის (ტალღის სიგრძის) ქვემოთ; ამ მახასიათებელს შეუძლია მნიშვნელოვანი გარჩევადობის გაუმჯობესება სხვადასხვა ჩვენების და ოპტიკური კომუნიკაციის ტექნოლოგიებში.
”ჩვენ უნდა გადავხედოთ, თუ როგორ შეიძლება წარმოიქმნას მასალები და როგორ ფუნქციონირებს ისინი”, - თქვა განგმა. „მასალის ხელახალი დიზაინი შეიძლება არ იყოს საჭირო; არსებული მასალების ახლებურად შეფუთვამ შეიძლება გააძლიეროს მათი თვისებები. პოტენციურად, ჩვენი პლატფორმა შეიძლება იყოს „3-D ბეჭდვის წარმოების მიღმა“ გამაძლიერებელი ტექნოლოგია, რომელიც აკონტროლებს მასალებს ბევრად უფრო მცირე მასშტაბებით და უფრო დიდი მატერიალური მრავალფეროვნებით და დიზაინის კომპოზიციებით. იგივე მიდგომის გამოყენებამ 3-განზომილებიანი გისოსების ფორმირებისთვის სხვადასხვა მატერიალური კლასის სასურველი ნანო-ობიექტებისგან, მათი ინტეგრირება, რომლებიც სხვაგვარად ჩაითვლებოდა შეუთავსებლობაში, შეიძლება მოახდინოს რევოლუცია ნანოწარმოებაში.
მასალები მოწოდებულია DOE/Brookhaven National Laboratory-ის მიერ. შენიშვნა: კონტენტის რედაქტირება შესაძლებელია სტილისა და სიგრძის მიხედვით.
მიიღეთ უახლესი სამეცნიერო სიახლეები ScienceDaily-ის უფასო ელექტრონული ფოსტით, რომელიც განახლებულია ყოველდღიურად და ყოველკვირეულად. ან ნახეთ საათობრივი განახლებული ახალი ამბები თქვენს RSS მკითხველში:
გვითხარით რას ფიქრობთ ScienceDaily-ზე - ჩვენ მივესალმებით როგორც დადებით, ასევე უარყოფით კომენტარებს. გაქვთ რაიმე პრობლემა საიტის გამოყენებისას? კითხვები?
გამოქვეყნების დრო: ივლის-04-2022