Periti systema ad componenda elementa materialia nanoscalpica, sive "nano-obiecta," generum valde diversorum — sive inorganicorum sive organicorum — in structuras tridimensionales desideratas excogitaverunt. Quamquam auto-assemblatio (SA) feliciter adhibita est ad nanomateria variarum generum ordinanda, processus hic admodum systemati proprius fuit, structuras diversas secundum proprietates intrinsecas materiarum generans. Ut in articulo hodie in periodico "Nature Materials" divulgato relatum est, novum eorum systema nanofabricationis, DNA programmabile, adhiberi potest ad ordinandam varietatem materiarum tridimensionalium iisdem modis praescriptis in nanoscala (millionesima parte metri), ubi proprietates opticae, chemicae, aliaeque unicae emergunt.
“Una ex praecipuis causis cur AS non sit ars electa ad usus practicos est quod idem processus SA non potest adhiberi per latam materiarum varietatem ad creandas identicas series tridimensionales ordinatas ex diversis nanocomponentibus,” explicavit auctor correspondens Oleg Gang, dux Gregis Nanomateriarum Molium et Bio apud Centrum Nanomateriarum Functionalium (CFN) — Institutum Usorum Officii Scientiae Ministerii Energiae Civitatum Foederatarum (DOE) apud Laboratorium Nationale Brookhaven — et professor Ingeniariae Chemicae et Physicae Applicatae et Scientiae Materiarum apud Columbia Engineering. “Hic, processum SA a proprietatibus materialium separavimus designando rigidas structuras DNA polyhedrales quae varia nano-obiecta inorganica vel organica, inter quae metalla, semiconductores, et etiam proteina et enzyma, includere possunt.”
Periti synthetica DNA structurae in forma cubi, octaedri, et tetraedri fabricaverunt. Intra structuras "brachia" DNA sunt quibus sola nano-obiecta cum sequentia DNA complementaria se iungere possunt. Hae voxelae materiales — integratio structurae DNA et nano-obiecti — sunt fundamenta ex quibus structurae tridimensionales macroscalae fieri possunt. Structurae inter se connectuntur, cuiuscumque generis nano-obiecti intus sit (vel non), secundum sequentias complementarias quibus in verticibus suis codificantur. Pro forma sua, structurae numerum verticum diversum habent et ita structuras omnino diversas formant. Quaevis nano-obiecta intra structuras posita illam structuram specificam assumunt.
Ad modum suum componendi demonstrandum, scientifici nanoparticulas metallicas (aureas) et semiconductrices (cadmii selenidum) et proteinum bacteriale (streptavidinum) ut nano-obiecta inorganica et organica intra structuras DNA ponenda elegerunt. Primo, integritatem structurarum DNA et formationem voxelium materialium per imagines cum microscopiis electronicis in CFN Electronic Microscopy Facility et Van Andel Institute, quod seriem instrumentorum quae ad temperaturas cryogenicas pro exemplaribus biologicis operantur habet, confirmaverunt. Deinde structuras clathri tridimensionales in lineis fasciculorum Coherent Hard X-ray Scattering and Complex Materials Scattering National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) — aliam structuram usorum DOE Office of Science in Brookhaven Lab — exploraverunt. Professor Bykhovsky Columbia Engineering Chemical Engineering, Sanat Kumar, et eius grex exemplationem computationalem perfecerunt, revelantes structuras clathri experimentaliter observatas (in exemplaribus dispersionis radiorum X fundatas) esse thermodynamicē stabiles quas voxela materialia formare possent.
"Hi voxeli materiales nobis permittunt ut notiones ex atomis (et moleculis) et crystallis quos formant derivatas uti incipiamus, et hanc amplam scientiam et basim datorum ad systemata quae nobis interest in nanoscala transferre," Kumar explicavit.
Discipuli Gang apud Columbiam deinde demonstraverunt quomodo suggestus compositionis adhiberi posset ad ordinationem duorum generum diversorum materiarum cum functionibus chemicis et opticis impellendam. In uno casu, duo enzyma simul composuerunt, creantes ordines tridimensionales cum alta densitate compactionis. Quamquam enzyma chemica immutata manebant, quadruplicem fere augmentum in activitate enzymatica ostenderunt. Hi "nanoreactores" ad reactiones cascadas manipulandas et fabricationem materiarum chemicae activarum efficiendam adhiberi poterant. Ad demonstrationem materiae opticae, duos colores diversos punctorum quanticorum miscuerunt — nanocrystallos minimos qui ad monitores televisificos cum alta saturatione colorum et claritate faciendos adhibentur. Imagines microscopio fluorescenti captae ostenderunt reticulum formatum puritatem coloris infra limitem diffractionis (longitudinem undae) lucis servavisse; haec proprietas emendationem resolutionis significantem in variis technologiis monitorum et communicationis opticae permittere posset.
“Necesse est nobis recogitare quomodo materiae formari possint et quomodo functionem habeant,” dixit Gang. “Redesignatio materiae fortasse non necessaria est; simpliciter materias existentes novis modis involutae proprietates earum augere possent. Potentialiter, suggestus noster technologia adiuvans esse posset ‘ultra fabricationem impressionis tridimensionalis’ ad materias multo minoribus scalis et cum maiori varietate materiarum et compositionibus designatis moderandas. Eadem methodo utendo ad cancellos tridimensionales formandos ex nano-obiectis desideratis diversarum classium materiarum, integrando ea quae aliter incompatibilia haberentur, nanofabricationem revolutionare posset.”
Materia a DOE/Laboratorio Nationali Brookhaven praebita. Nota: Contenta propter stilum et longitudinem mutari possunt.
Accipe nuntios scientificos novissimos per litteras electronicas gratuitas ScienceDaily, quae quotidie et hebdomadarie renovantur. Aut inspice nuntios singulis horis renovatos in lectore RSS tuo:
Dic nobis quid de ScienceDaily sentias — et commentarios positivos et negativos libenter accipimus. Habesne difficultates utendi situ? Quaestiones?
Tempus publicationis: IV Iul. MMXXII