Zientzialariek plataforma bat garatu dute nanotamainako material osagaiak, edo "nano-objektuak", oso mota desberdinetakoak —ez-organikoak edo organikoak— nahi diren 3D egituratan muntatzeko. Auto-muntaketa (SA) arrakastaz erabili den arren hainbat motatako nanomaterialak antolatzeko, prozesua oso sistema espezifikoa izan da, materialen berezko propietateetan oinarritutako egitura desberdinak sortuz. Nature Materials aldizkarian gaur argitaratutako artikulu batean jakinarazi denez, haien DNA bidez programa daitekeen nanofabrikazio plataforma berria erabil daiteke 3D material ugari antolatzeko nanoeskalan (metro baten mila milioirenak) agindutako modu berberetan, non propietate optiko, kimiko eta bestelako bereziak agertzen diren.
«SA aplikazio praktikoetarako teknika aukeratzen ez den arrazoi nagusietako bat da SA prozesu bera ezin dela material sorta zabal batean aplikatu nanoosagai desberdinetako 3D ordenatutako matrize berdinak sortzeko», azaldu du Oleg Gang egileordeak, Nanomaterial Funtzionaletarako Zentroko (CFN) Nanomaterial Leun eta Bio Nanomaterialen Taldeko buruak —AEBetako Energia Sailaren (DOE) Zientzia Erabiltzaileen Bulegoko Brookhaven Laborategi Nazionaleko Erabiltzaile Instalazio bat— eta Ingeniaritza Kimikoko eta Fisika Aplikatu eta Materialen Zientziako irakasleak Columbia Engineering-en. «Hemen, SA prozesua materialen propietateetatik deskonektatu dugu, DNA marko poliedriko zurrunak diseinatuz, nanoobjektu ez-organiko edo organiko ugari, besteak beste, metalak, erdieroaleak eta baita proteinak eta entzimak ere, kapsulatu ditzaketenak».
Zientzialariek kubo, oktaedro eta tetraedro formako DNA marko sintetikoak diseinatu zituzten. Markoen barruan DNA "besoak" daude, eta DNA sekuentzia osagarria duten nanoobjektuek bakarrik lotu diezaiekete. Boksel material hauek —DNA markoaren eta nanoobjektuaren integrazioa— 3D egitura makroeskalakoak sortzeko eraikuntza-blokeak dira. Markoak elkarri konektatzen dira barruan dagoen (edo ez dagoen) nanoobjektu mota kontuan hartu gabe, erpinetan kodetuta dituzten sekuentzia osagarrien arabera. Beren formaren arabera, markoek erpin kopuru desberdina dute eta, beraz, egitura guztiz desberdinak osatzen dituzte. Markoen barruan dauden nanoobjektuek marko-egitura espezifiko hori hartzen dute.
Muntaketa-metodoa frogatzeko, zientzialariek nanopartikula metalikoak (urrea) eta erdieroaleak (kadmio selenuroa) eta proteina bakteriano bat (estreptavidina) hautatu zituzten DNA markoen barruan jartzeko nanoobjektu ez-organiko eta organiko gisa. Lehenik eta behin, DNA markoen osotasuna eta voxelen material-eraketa baieztatu zituzten mikroskopio elektronikoekin irudiak hartuz CFN Mikroskopia Elektronikoaren Instalazioan eta Van Andel Institutuan, Institutuak lagin biologikoetarako tenperatura kriogenikoetan funtzionatzen duten tresna multzo bat baitu. Ondoren, 3D sare-egiturak aztertu zituzten National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) erakundeko Coherent Hard X-ray Scattering eta Complex Materials Scattering izpi-lerroetan —Brookhaven Laborategiko Zientzia Bulegoko DOE Erabiltzaile Instalazio bat—. Sanat Kumar Columbia Engineering Bykhovsky Ingeniaritza Kimikoko irakasleak eta bere taldeak modelizazio konputazionala egin zuten, eta agerian utzi zuten esperimentalki behatutako sare-egiturak (X izpien sakabanaketa-ereduetan oinarrituta) zirela voxelen material-eragileek sor zitzaketen termodinamikoki egonkorrenak.
«Material-boxel hauek atomoetatik (eta molekuletatik) eta haiek osatzen dituzten kristaletatik eratorritako ideiak erabiltzen hasteko aukera ematen digute, eta ezagutza eta datu-base zabal hori nanoeskalako intereseko sistemetara eramateko», azaldu zuen Kumarrek.
Ondoren, Columbiako Gang-en ikasleek erakutsi zuten nola erabil zitekeen muntaketa-plataforma bi material mota desberdinen antolaketa bultzatzeko, funtzio kimiko eta optikoekin. Kasu batean, bi entzima elkarrekin muntatu zituzten, dentsitate handiko 3D matrizeak sortuz. Entzimak kimikoki aldatu gabe mantendu ziren arren, entzima-jarduera laukoiztu egin zela erakutsi zuten. "Nanoerreaktore" hauek erreakzio kaskadak manipulatzeko eta material kimikoki aktiboak fabrikatzeko erabil zitezkeen. Material optikoen erakustaldirako, puntu kuantikoen bi kolore desberdin nahastu zituzten: kolore-saturazio eta distira handiko telebista-pantailak egiteko erabiltzen diren nanokristal txikiak. Fluoreszentzia-mikroskopio batekin ateratako irudiek erakutsi zuten sortutako sareak kolore-garbitasuna argiaren difrakzio-mugaren (uhin-luzeraren) azpitik mantentzen zuela; propietate honek bereizmen-hobekuntza nabarmena ahalbidetu dezake hainbat pantaila- eta komunikazio optiko-teknologietan.
«Materialak nola era daitezkeen eta nola funtzionatzen duten birpentsatu behar dugu», esan zuen Gangek. «Materialen birdiseinua agian ez da beharrezkoa izango; dauden materialak modu berrietan ontziratzeak haien propietateak hobetu ditzake. Potentzialki, gure plataforma '3D inprimaketa bidezko fabrikazioaz harago' gaitzen duen teknologia izan liteke, materialak eskala askoz txikiagoetan eta material eta konposizio diseinatu gehiagorekin kontrolatzeko. Ikuspegi bera erabiliz 3D sareak sortzeko, nahi diren nanoobjektuetatik material klase desberdinetatik, bestela bateraezinak izango liratekeenak integratuz, nanofabrikazioa irauli dezake».
DOE/Brookhaven Laborategi Nazionalak emandako materialak. Oharra: Edukia estilo eta luzera aldetik edita daiteke.
Jaso zientziaren azken berriak ScienceDaily-ren doako posta elektroniko bidezko buletinekin, egunero eta astero eguneratzen direnak. Edo ikusi orduro eguneratutako albiste-jarioak zure RSS irakurgailuan:
Esaguzu zer iruditzen zaizun ScienceDaily-ri buruz — iruzkin positiboak zein negatiboak ongi etorriak dira. Arazorik al duzu gunea erabiltzeko? Galderarik?
Argitaratze data: 2022ko uztailak 4