خط إنتاج يعتمد على الحمض النووي لإنشاء الهياكل النانوية

قام علماء من وزارة الطاقة الأمريكية بتطوير خط إنتاج جزيئي للبناء النانوي الدقيق والموثوق، بناءً على فكرة استخدام الحمض النووي. لربط الجسيمات النانوية

قام علماء من وزارة الطاقة الأمريكية بتطوير خط إنتاج جزيئي للبناء النانوي الدقيق والموثوق، بناءً على فكرة استخدام الحمض النووي. لربط الجسيمات النانوية. يعد مثل هذا التصنيع النانوي الموثوق والدوري ضروريًا للاستفادة من الخصائص الفريدة للجسيمات النانوية في تطبيقات مثل أجهزة الاستشعار البيولوجية وأجهزة تحويل أشعة الضوء إلى كهرباء. ونشرت الدراسة في المجلة العلمية Nature Materials.

وقد استخدم فريق البحث سابقًا الحمض النووي، وهو الجزيء الذي يخزن الشفرة الوراثية للحياة، لربط الجسيمات النانوية في مجموعة متنوعة من الترتيبات، بما في ذلك البنية ثلاثية الأبعاد للبلورات النانوية. تعتمد الفكرة على حقيقة أن الجسيمات النانوية مغلفة بخيوط مكملة من الحمض النووي. - أجزاء من تسلسل الشفرة الجينية التي ترتبط ببعضها البعض فقط بطريقة انتقائية للغاية - تُستخدم هذه الخيوط لتحديد موقع بعضها البعض وربطها على مستوى انتقائي للغاية. ومن خلال تغيير تركيبة الخيوط التكميلية وتلك التي ليست كذلك، يتمكن العلماء من الحصول على تحكم دقيق في قوى التجاذب والتنافر بين الجسيمات النانوية للحصول على البنية المطلوبة. وتجدر الإشارة إلى أن خيوط الحمض النووي تم إنتاج الروابط القصيرة المستخدمة في هذه الدراسة بشكل صناعي في المختبر ولا ترمز لأي بروتين، كما تفعل الجينات في الطبيعة.

وكان التقدم الأخير هو استخدام موصلات الحمض النووي. وذلك من أجل تثبيت بعض الجسيمات النانوية المغلفة بالحمض النووي. إلى سطح صلب يحتوي على صلابة أكبر، وفحص كيفية تغير التحكم في توصيل الجزيئات. أدى هذا المصفوفة إلى مزيد من الدقة، وبالتالي إلى طريقة بناء أكثر قابلية للتنبؤ ودورية للحصول على هياكل الجسيمات النانوية.

وأوضح الفيزيائي أوليغ جانج، من مركز الأبحاث، أنه "عندما يتم تثبيت الجسيم على سطح ما، فإنه لا يعود قادرا على التفاعل مع الجسيمات أو الجسيمات الأخرى بنفس الطريقة التي يتفاعل بها الجسيم الحر تماما"، وذلك لأن السطح يحجب حوالي نصف سطح الجسيم النشط.رابط المؤلف-د NA أو جسيم آخر، الذي يتفاعل بشكل انتقائي ودقيق مع الجسيم الثابت، يسمح ببناء الهياكل النانوية المطلوبة.

"من خلال التحكم في عدد وطول مؤلفي الحمض النووي. وقال الباحث الرئيسي: "نحن قادرون على تغيير المسافات بين الجزيئات والبنية النهائية الناتجة". "إلى جانب الانتقائية العالية لسلاسل الحمض النووي، تسمح طريقة التثبيت السطحي هذه بالتكامل الدقيق للمكونات النانوية في هياكل أكثر تعقيدًا."

"بدلاً من ترتيب الملايين والملايين من الجسيمات النانوية في بلورات نانوية ثلاثية الأبعاد، كما فعلنا في بحثنا السابق، تتيح هذه الطريقة الجديدة ترتيب هياكل أصغر بكثير تنشأ من جزيئات فردية.

تصف مقالة الباحثين تفاصيل إنتاج موصلات متماثلة بين جزيئين، تسمى dimers، بالإضافة إلى إنتاج مجموعات جسيمية صغيرة وغير متماثلة - كلاهما ذو استخدام عالي وتركيزات منخفضة فقط من المنتجات الثانوية.

ويؤكد الباحث: "عندما نقوم بترتيب الجسيمات النانوية في بنية معينة، يمكن أن تظهر خصائص جديدة". "في هذا الجانب، تشبه الجسيمات النانوية الذرات، والتي، عند دمجها في جزيئات، تكون أحيانًا قادرة على إظهار خصائص لم تكن موجودة سابقًا في الذرات الفردية. يتيح نهجنا البناء الفعال والدقيق للببغاوات النانوية. خصائص هذه المواد الجديدة يمكن أن يكون لها مزايا للعديد من التطبيقات."

على سبيل المثال، يصف الباحثون في مقالتهم ظاهرة بصرية تحدث عندما يتم دمج الجسيمات النانوية معًا لتكوين مجموعات ثنائية الأبعاد. عندما يتفاعل المجال الكهرومغناطيسي مع الجزيئات المعدنية، فإنه يؤدي إلى تذبذب مشترك لإلكترونات التوصيل في المادة. وتؤدي هذه الظاهرة، المعروفة باسم رنين البلازمون، إلى امتصاص قوي للإشعاع عند طول موجي معين. يوضح الباحث الرئيسي: "يؤثر الحجم والمسافة بين الجسيمات المتصلة على السلوك البلازموني". ومن خلال تعديل هذه المتغيرات، قد يتمكن العلماء في المستقبل من بناء مراكمات تمتص مجموعة متنوعة من الأطوال الموجية والتي سيتم استخدامها في أجهزة تحويل الطاقة الشمسية. يمكن أن يكون تعديل استجابة البلازمون مفيدًا أيضًا كوسيلة جديدة لنقل المعلومات، أو كإشارة لعائلة جديدة من أجهزة الاستشعار الحيوية الانتقائية للغاية.

تسمح الركام غير المتماثل، الذي أنتجه الباحثون أيضًا، بمستوى أعلى من التحكم، وبالتالي تمهد هذه الهياكل طرقًا جديدة لتصميم وتصنيع المواد النانوية الوظيفية. قدم الباحثون طلبات براءات اختراع لطريقة البناء الجديدة هذه بالإضافة إلى العديد من التطبيقات المحددة لها.

اخبار معهد البحوث