მეცნიერებმა შეიმუშავეს პლატფორმა ნანოზირებული მატერიალური კომპონენტების, ან "ნანო-ობიექტების", ძალიან განსხვავებული ტიპების-არაორგანული ან ორგანული-სასურველ 3-D სტრუქტურებში. მიუხედავად იმისა, რომ თვითკონტროლი (SA) წარმატებით იქნა გამოყენებული რამდენიმე სახის ნანომასალების ორგანიზებისთვის, პროცესი ძალიან სისტემური იყო, რაც წარმოქმნიდა სხვადასხვა სტრუქტურას მასალების შინაგანი თვისებების საფუძველზე. როგორც დღეს Nature Material- ში გამოქვეყნებულ ნაშრომშია ნათქვამი, მათი ახალი დნმ-პროგრამული ნანოფაბრიკაციის პლატფორმა შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა 3-D მასალების ორგანიზებისთვის იმავე დადგენილ გზებში ნანოსკეტში (მილიარდი მეტრი), სადაც წარმოიქმნება უნიკალური ოპტიკური, ქიმიური და სხვა თვისებები.
”ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი, რის გამოც SA არ არის არჩევანის ტექნიკა პრაქტიკული პროგრამებისთვის არის ის, რომ იგივე SA პროცესი არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას მასალების ფართო სპექტრის მასშტაბით, რათა შექმნან იდენტური 3-D შეკვეთილი მასივები სხვადასხვა ნანოკომპონენტებისგან”,-განმარტა შესაბამის ავტორმა ოლეგ ბანგმა, რბილი და Bio ნანომასის ჯგუფმა, ცენტრში, ფუნქციონალურ ნანომასალაში (CFN)- ბრუკჰავენის ეროვნული ლაბორატორია - და ქიმიური ინჟინერიისა და გამოყენებითი ფიზიკისა და მასალების მეცნიერების პროფესორი კოლუმბიის ინჟინერიაში. ”აქ, ჩვენ გავითვალისწინეთ SA პროცესი მატერიალური თვისებებისგან, დნმ-ის ხისტი პოლიჰედალური ჩარჩოების შემუშავებით, რომელსაც შეუძლია სხვადასხვა არაორგანული ან ორგანული ნანო-ობიექტების, მათ შორის ლითონები, ნახევარგამტარები და ცილები და ფერმენტებიც კი.”
მეცნიერებმა შექმნეს სინთეზური დნმ -ის ჩარჩოები კუბის, ოქტადრონისა და ტეტრაჰედონის ფორმის ფორმაში. ჩარჩოების შიგნით არის დნმ-ის "იარაღი", რომელსაც მხოლოდ ნანო-ობიექტი აქვს დამატებითი დნმ-ის თანმიმდევრობით. ეს მასალა ვოქსელები-დნმ ჩარჩოსა და ნანო-ობიექტის ინტეგრაცია-სამშენებლო ბლოკებია, საიდანაც შესაძლებელია მაკროსკალეს 3-D სტრუქტურების დამზადება. ჩარჩოები ერთმანეთთან აკავშირებენ, იმისდა მიუხედავად, თუ რა სახის ნანო-ობიექტია შიგნით (ან არა) იმ დამატებითი თანმიმდევრობის მიხედვით, რომელთანაც ისინი კოდირებულნი არიან თავიანთ ვერტიკალებში. მათი ფორმიდან გამომდინარე, ჩარჩოებს აქვთ სხვადასხვა რაოდენობის ვერტიკები და, შესაბამისად, ქმნიან სრულიად განსხვავებულ სტრუქტურებს. ნებისმიერი ნანო-ობიექტი, რომელიც ჩარჩოებშია ჩარჩოების შიგნით, იღებს ამ კონკრეტულ ჩარჩოს სტრუქტურას.
მათი ასამბლეის მიდგომის დასადგენად, მეცნიერებმა შეარჩიეს მეტალიკი (ოქრო) და ნახევარგამტარული (კადმიუმის სელენიდი) ნანონაწილაკები და ბაქტერიული ცილა (სტრეპტავიდინი), როგორც არაორგანული და ორგანული ნანო-ობიექტები, რომლებიც განთავსდება დნმ ჩარჩოებში. პირველ რიგში, მათ დაადასტურეს დნმ -ის ჩარჩოების მთლიანობა და მატერიალური ვოქსელების წარმოქმნა ელექტრონული მიკროსკოპის საშუალებით, CFN ელექტრონული მიკროსკოპის ობიექტში და ვან ანდელის ინსტიტუტში, რომელსაც აქვს ინსტრუმენტები, რომლებიც მოქმედებენ კრიოგენულ ტემპერატურაზე ბიოლოგიური ნიმუშებისთვის. მათ შემდეგ გამოიკვლიეს 3-D lattice სტრუქტურები თანმიმდევრული მყარი რენტგენის გაფანტვაში და კომპლექსური მასალების გაფანტული სხივების ხაზები ეროვნული სინქროტრონის მსუბუქი წყაროს II (NSLS-II)-ბრუკჰავენის ლაბორატორიაში სამეცნიერო მომხმარებლის ობიექტის კიდევ ერთი ოფისი. კოლუმბიის ინჟინერია ბუხოვსკის ქიმიური ინჟინერიის პროფესორი Sanat Kumar და მისი ჯგუფი შეასრულეს გამოთვლითი მოდელირება, რომელიც ცხადყოფს, რომ ექსპერიმენტულად დაფიქსირებული ცხრილების სტრუქტურები (რენტგენოლოგიური გაფანტვის შაბლონებზე დაყრდნობით) ყველაზე თერმოდინამიკურად სტაბილური იყო, რაც შეიძლება წარმოქმნას მატერიალური voxels.
”ეს მატერიალური voxels საშუალებას გვაძლევს დავიწყოთ ატომებიდან (და მოლეკულებიდან) მიღებული იდეების გამოყენება და მათ მიერ წარმოქმნილი კრისტალები, და ამ უზარმაზარ ცოდნასა და მონაცემთა ბაზას გადასცემს ნანოსკეტში საინტერესო სისტემებს,” - განმარტა კუმარმა.
ჯგუფის სტუდენტებმა კოლუმბიაში შემდეგ აჩვენეს, თუ როგორ შეიძლება გამოყენებულ იქნას ასამბლეის პლატფორმა ორი სხვადასხვა სახის მასალების ორგანიზებით ქიმიური და ოპტიკური ფუნქციებით. ერთ შემთხვევაში, მათ ორი ფერმენტი შეიკრიბნენ, შექმნეს 3-D მასივები მაღალი შეფუთვის სიმკვრივით. მიუხედავად იმისა, რომ ფერმენტები ქიმიურად უცვლელი დარჩნენ, მათ აჩვენეს ფერმენტული მოქმედების ოთხჯერადი ზრდა. ეს "ნანორეაქტორები" შეიძლება გამოყენებულ იქნას კასკადის რეაქციების მანიპულირებისთვის და ქიმიურად აქტიური მასალების გაყალბების შესაქმნელად. ოპტიკური მასალის დემონსტრაციისთვის, მათ აერთიანეს კვანტური წერტილების ორი განსხვავებული ფერი - პატარა ნანოკრისტალები, რომლებიც გამოიყენება სატელევიზიო დისპლეების გასაკეთებლად, მაღალი ფერის გაჯერებით და სიკაშკაშე. ფლუორესცენტული მიკროსკოპით აღებული სურათები აჩვენა, რომ წარმოქმნილი ლაქი შეინარჩუნა ფერის სიწმინდეს შუქის დიფრაქციის ზღვრის (ტალღის სიგრძის) ქვემოთ; ამ ქონებას საშუალებას მისცემს მნიშვნელოვანი რეზოლუციის გაუმჯობესება სხვადასხვა ჩვენების და ოპტიკური საკომუნიკაციო ტექნოლოგიებში.
”ჩვენ უნდა გადავხედოთ, თუ როგორ შეიძლება ჩამოყალიბდეს მასალები და როგორ ფუნქციონირებენ ისინი”, - თქვა ბანმა. ”მასალის რედიზაინი შეიძლება არ იყოს აუცილებელი; უბრალოდ არსებული მასალების ახალი გზით შეფუთვამ შეიძლება გააძლიეროს მათი თვისებები. პოტენციურად, ჩვენი პლატფორმა შეიძლება იყოს ტექნოლოგია "3-D ბეჭდვის წარმოების მიღმა", რომ გააკონტროლოს მასალები ბევრად უფრო მცირე მასშტაბებში და უფრო დიდი მატერიალური მრავალფეროვნებით და შემუშავებული კომპოზიციებით. იგივე მიდგომის გამოყენებით, 3-D lattices– ის ფორმირების სხვადასხვა მატერიალური კლასების სასურველი ნანო-ობიექტებისგან, ინტეგრირდება მათ, ვინც სხვაგვარად არ მიიჩნევა შეუთავსებლობაში, შეიძლება მოახდინოს რევოლუცია ნანომპეიზაციის წარმოებაში. ”
DOE/Brookhaven ეროვნული ლაბორატორიის მიერ მოწოდებული მასალები. შენიშვნა: შინაარსის რედაქტირება შესაძლებელია სტილისა და სიგრძისათვის.
მიიღეთ უახლესი სამეცნიერო სიახლეები ScienceDaily– ის უფასო ელ.ფოსტით, განახლებული ყოველდღიურად და ყოველკვირეულად. ან ნახეთ საათობრივი განახლებული სიახლეები თქვენს RSS მკითხველში:
გვითხარით რას ფიქრობთ ScienceDaily - ჩვენ მივესალმებით როგორც დადებით, ასევე უარყოფით კომენტარს. გაქვთ რაიმე პრობლემა საიტის გამოყენებით? კითხვები?
პოსტის დრო: ივლისი -04-2022