Vědci vedou zlaté nanočástice, aby vytvořily "diamantové" superlatky

Myšlenková kontrola a chemtrails - Harald Kautz Vella (Smět 2019).

Anonim

S využitím svazků DNA pro stavbu tetherrických klecí podobných Tinkertoy navrhli vědci z Národního laboratoře Brookhavenského ministerstva energetiky USA cestu k zachycení a uspořádání nanočástic způsobem, který napodobuje krystalickou strukturu diamantu. Dosažení tohoto složitého, ale elegantního uspořádání popsaného v publikaci z 5. února 2016 ve Vědě může otevřít cestu k novým materiálům, které využívají optických a mechanických vlastností této krystalické struktury pro aplikace, jako jsou optické tranzistory, materiály pro změnu barvy a lehké a zároveň tuhé materiály.

"Vyřešili jsme 25letou výzvu při budování diamantových mřížek racionálním způsobem prostřednictvím sebe samosprávy, " řekl Oleg Gang, fyzik, který vedl tento výzkum v Centre pro funkční nanomateriály (CFN) v Brookhaven Lab ve spolupráci s vědci z Stony Brook University, Wesleyan University a Nagoya University v Japonsku.

Vědci používali techniku ​​vyvinutou skupinou Gang, která využívá vyrobenou DNA jako stavební materiál k uspořádání nanočástic do trojrozměrných prostorových uspořádání. Použili ropelikové svazky DNA s dvojitou šroubovicí, aby vytvořily tuhé trojrozměrné rámce a přidaly zavěšené kousky jednovláknové DNA pro vázání částic pokrytých komplementárními vlákny DNA.

"Používáme přesně tvarované konstrukce DNA, které jsou vytvořeny jako lešení a jednovláknové vazby DNA jako programovatelné lepidlo, které odpovídá částicím podle párovacího mechanismu genetického kódu - A se váže s T, G se váže s C, " řekl Wenyan Liu CFN, hlavního autora na papíře. "Tyto molekulární konstrukty jsou stavebními kameny pro vytváření krystalických mřížek z nanočástic."

Obtížnost diamantu

Jak Liu vysvětlil, "Vytváření diamantových superlatků z nanočástic a mikroskopických částic pomocí samoobsluhy se ukázalo jako mimořádně obtížné. Je to výzva pro naši schopnost manipulovat hmotu v malých měřítkách."

Důvody této obtížnosti zahrnují strukturní rysy, jako je nízká frakce balení - což znamená, že v diamantové mřížce, na rozdíl od mnoha jiných krystalických struktur, částice zabírají jen malou část objemu mřížky - a silnou citlivost na způsob vazby mezi částicemi jsou orientovány. "Všechno se musí bez problémů posunout a otáčet, " řekl Gang. "Vzhledem k tomu, že diamantová struktura je velmi otevřená, může dojít k mnoha věcem, což vede k poruchám."

"Dokonce i budování takových struktur by bylo náročné, " dodal Liu, "a museli jsme to udělat samo-shromážděním, protože neexistuje způsob, jak manipulovat miliardy nanočástic jeden po druhém."

Gangův předchozí úspěch s využitím DNA pro konstrukci široké škály nanočásticových polí naznačoval, že přístup založený na DNA by mohl v tomto případě fungovat.

Sestavení vodítek DNA

Tým nejprve použil svazky DNA ropelike, aby vytvořil čtvercové "klece" - 3D objekt se čtyřmi trojúhelníkovými obličeji. Přidaly jednořetězcové vazby DNA směřující k vnitřku klecí pomocí sekvencí T, G, C, A, které odpovídaly doplňkovým vazbám připojeným k nanočásticím zlata. Když byly roztoky smíchány, doplňkové příchytky se spárovaly tak, že "uvnitř" zachycovaly "jednu zlatou nanočástice uvnitř každé čtyřstěnné klece.

Uspořádání nanočástic zlata mimo klece bylo řízeno odlišnou sadou tetrů DNA připojených na vrcholech tetraedronů. Každá sada vrcholů je vázána komplementárními vazníky DNA připojenými k druhé sadě nanočástic zlata.

Při smíchání a žíhání vytvářejí tetraedrální pole superlatky s dlouhým rozmezím, kde polohy nanočástic zlata napodobují uspořádání atomů uhlíku v mřížce diamantu, ale v měřítku asi 100krát větší.

"Ačkoli se tento scénář shromažďování může zdát beznadějně neomezený, experimentálně demonstrujeme, že náš přístup vede k požadované diamantové mřížce a drasticky zjednodušuje sestavení takové složité struktury, " řekl Gang.

Důkaz je na obrázcích. Vědci použili kryogenní přenosovou elektronovou mikroskopii (cryo-TEM) k ověření tvorby tetrahedrálních rámců rekonstrukcí svého 3D tvaru z několika obrazů. Poté používali in-situ rentgenový rozptyl s malým úhlem (SAXS) na národním zdroji synchrotronového zdroje světla (NSLS) a cryo-skenovací přenosovou elektronovou mikroskopií (cryo-STEM) na CFN, aby zobrazili pole nanočástic v plném rozsahu vytvořená mřížka.

"Náš přístup spočívá na vlastní organizaci trojúhelníkově tvarovaných tupých vrcholů tetraedrů (tzv." Footprints ") na izotropních sférických částicích. Tyto trojúhelníkové stopy se váží na sférické částice potažené doplňkovou DNA, což umožňuje částicím koordinovat jejich uspořádání ve vesmíru, ale stopy se mohou uspořádat v řadě vzorků na kouli, což znamená, že jedno konkrétní umístění je příznivější a odpovídá jedinečnému 3D umístění částic, které zabírají diamantovou mřížku, " Řekl gang.

Tým podpořil jejich interpretaci experimentálních výsledků pomocí teoretického modelování, které poskytlo přehled o hlavních faktorech, které vedou k úspěšné tvorbě diamantových mřížek.

Šumivé důsledky

"Tato práce přináší do nanoscale krystalografickou složitost viděnou v atomových systémech, " řekl Gang, který poznamenal, že metoda může být snadno rozšířena, aby se zorganizovaly částice různých materiálů. Skupina již předtím prokázala, že metody DNA-assembly mohou být aplikovány také na optické, magnetické a katalytické nanočástice a pravděpodobně přinesou dlouho očekávané nové optické a mechanické materiály, které vědci představili.

"Dokázali jsme novou paradigma pro vytváření složitých trojrozměrně uspořádaných struktur prostřednictvím samo-sestavování. Pokud můžete vytvořit tuto náročnou mřížku, myslíte, že můžete vytvořit potenciálně různé požadované mříže, " řekl.

menu
menu