Tha luchd-saidheans air àrd-ùrlar a leasachadh airson co-phàirtean stuthan nano-mheudach, no “nano-nithean”, de sheòrsachan gu math eadar-dhealaichte - neo-organach no organach - a chur ri chèile ann an structaran 3-mheudach a tha a dhìth. Ged a chaidh fèin-chruinneachadh (SA) a chleachdadh gu soirbheachail gus nano-stuthan de dhiofar sheòrsaichean a chuir air dòigh, tha am pròiseas air a bhith gu math sònraichte don t-siostam, a’ gineadh diofar structaran stèidhichte air feartan nàdarra nan stuthan. Mar a chaidh aithris ann am pàipear a chaidh fhoillseachadh an-diugh ann an Nature Materials, faodar an àrd-ùrlar nanofabrication ùr aca a ghabhas prògramadh le DNA a chuir an sàs gus measgachadh de stuthan 3-mheudach a chuir air dòigh anns na h-aon dhòighean òrdaichte aig an nanosgèile (billeanamh de mheatair), far a bheil feartan optigeach, ceimigeach agus eile sònraichte a’ nochdadh.
“Is e aon de na prìomh adhbharan nach e SA an dòigh as fheàrr airson cleachdaidhean practaigeach nach gabh an aon phròiseas SA a chur an sàs thar raon farsaing de stuthan gus sreathan òrdaichte 3-mheudach co-ionann a chruthachadh bho dhiofar nano-phàirtean," mhìnich an t-ùghdar co-fhreagarrach Oleg Gang, stiùiriche Buidheann Nano-stuthan Bog is Bith-eòlasach aig Ionad nan Nano-stuthan Gnìomhach (CFN) - Goireas Cleachdaiche Oifis Saidheans Roinn Cumhachd nan SA (DOE) aig Brookhaven National Laboratory - agus ollamh Innleadaireachd Cheimigeach agus Fiosaig Gnìomhaichte agus Saidheans Stuthan aig Columbia Engineering. “An seo, dhì-cheangail sinn am pròiseas SA bho fheartan stuthan le bhith a’ dealbhadh frèamaichean DNA polyhedral teann as urrainn diofar nano-nithean neo-organach no organach a ghlacadh, a’ gabhail a-steach meatailtean, leth-chonnsachaidhean, agus eadhon pròtainean agus enzyman.”
Rinn na luchd-saidheans innleadaireachd air frèamaichean DNA synthetigeach ann an cruth ciùb, ochda-cheàrnach, agus tetra-cheàrnach. Taobh a-staigh nam frèamaichean tha “gàirdeanan” DNA ris nach urrainn ach nano-nithean leis an t-sreath DNA co-phàirteach ceangal. Is iad na voxels stuthan seo - amalachadh frèam an DNA agus an nano-nì - na blocaichean togail às an gabh structaran 3-mheudach macrascèile a dhèanamh. Bidh na frèamaichean a’ ceangal ri chèile ge bith dè an seòrsa nano-nì a tha a-staigh (no nach eil) a rèir nan sreathan co-phàirteach leis a bheil iad air an còdachadh aig na mullaichean aca. A rèir an cumadh, tha àireamh eadar-dhealaichte de mullaichean aig frèamaichean agus mar sin bidh iad a’ cruthachadh structaran gu tur eadar-dhealaichte. Bidh nano-nithean sam bith a tha taobh a-staigh nam frèamaichean a’ gabhail ris an structar frèam sònraichte sin.
Gus an dòigh-cruinneachaidh aca a nochdadh, thagh na luchd-saidheans nano-mhìrean meatailteach (òr) agus leth-ghiùlain (cadmium selenide) agus pròtain bacterial (streptavidin) mar na nano-nithean neo-organach agus organach a chuireadh taobh a-staigh frèamaichean an DNA. An toiseach, dhearbh iad ionracas frèamaichean an DNA agus cruthachadh voxels stuthan le bhith gan dèanamh le miocroscopan dealanach aig Goireas Micreosgopaidh Dealanach CFN agus Institiud Van Andel, aig a bheil sreath de dh’ionnstramaidean a bhios ag obair aig teòthachd criogenach airson sampallan bith-eòlasach. An uairsin rinn iad sgrùdadh air na structaran croit 3-mheudach aig na loidhnichean-beam Coherent Hard X-ray Scattering and Complex Materials Scattering den National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) - Goireas Cleachdaiche Oifis Saidheans DOE eile aig Brookhaven Lab. Rinn Àrd-ollamh Innleadaireachd Cheimigeach Bykhovsky ann an Columbia Engineering, Sanat Kumar, agus a bhuidheann modaladh coimpiutaireachd a’ nochdadh gur e na structaran croit a chaidh fhaicinn gu deuchainneach (stèidhichte air na pàtrain sgapadh x-ray) na structaran as seasmhaiche gu teirmeadaineamach a b’ urrainn dha na voxels stuthan a chruthachadh.
“Leigidh na voxeil stuthan seo leinn tòiseachadh air beachdan a tha air an toirt bho dadaman (agus moileciuilean) agus na criostalan a bhios iad a’ cruthachadh a chleachdadh, agus an t-eòlas agus an stòr-dàta mòr seo a ghluasad gu siostaman inntinneach aig an nano-sgèile," mhìnich Kumar.
An uair sin, sheall oileanaich Gang aig Columbia mar a dh’ fhaodadh an àrd-ùrlar cruinneachaidh a bhith air a chleachdadh gus eagrachadh dà sheòrsa stuth eadar-dhealaichte le gnìomhan ceimigeach agus optigeach a stiùireadh. Ann an aon chùis, chruinnich iad dà einsìm còmhla, a’ cruthachadh sreathan 3-mheudach le dùmhlachd pacaidh àrd. Ged a dh’ fhan na h-ensìmean gun atharrachadh gu ceimigeach, sheall iad àrdachadh timcheall air ceithir uiread ann an gnìomhachd einsìmeach. Dh’ fhaodadh na “nano-reactaran” seo a bhith air an cleachdadh gus ath-bhualaidhean eas-chruthach a làimhseachadh agus gus dèanamh stuthan gnìomhach gu ceimigeach a chomasachadh. Airson an taisbeanadh stuthan optigeach, mheasg iad dà dhath eadar-dhealaichte de dotagan cuantamach - nano-chriostalan beaga bìodach a thathas a’ cleachdadh gus taisbeanaidhean telebhisean a dhèanamh le sùghaidh dath àrd agus soilleireachd. Sheall ìomhaighean a chaidh a ghlacadh le miocroscop fluorescence gun robh an lattice a chaidh a chruthachadh a’ cumail purrachd dath fo chrìoch diffraction (tonn-fhad) solais; dh’ fhaodadh an togalach seo leigeil le leasachadh mòr air rùn ann an diofar theicneòlasan taisbeanaidh agus conaltraidh optigeach.
“Feumaidh sinn ath-bheachdachadh air mar a ghabhas stuthan a chruthachadh agus mar a bhios iad ag obair," thuirt Gang. “Is dòcha nach bi feum air ath-dhealbhadh stuthan; dh’ fhaodadh dìreach stuthan a tha ann mar-thà a phacaigeadh ann an dòighean ùra na feartan aca a leasachadh. Dh’ fhaodadh an àrd-ùrlar againn a bhith na theicneòlas comasachaidh ‘nas fhaide na saothrachadh clò-bhualaidh 3-D’ gus smachd a chumail air stuthan aig sgèilean mòran nas lugha agus le barrachd measgachadh stuthan agus co-dhèanamh dealbhaichte. Le bhith a’ cleachdadh an aon dòigh-obrach gus lattices 3-D a chruthachadh bho nano-nithean a tha thu ag iarraidh de dhiofar chlasaichean stuthan, a’ toirt a-steach an fheadhainn a bhiodh air dhòigh eile air am meas neo-fhreagarrach, dh’ fhaodadh sin ath-bhualadh a thoirt air nano-saothrachadh.”
Stuthan air an toirt seachad le DOE/Brookhaven National Laboratory. Nota: Faodar susbaint a dheasachadh airson stoidhle agus fad.
Faigh na naidheachdan saidheans as ùire le cuairt-litrichean post-d an-asgaidh ScienceDaily, air an ùrachadh gach latha agus gach seachdain. No faic naidheachdan a thèid ùrachadh gach uair anns an leughadair RSS agad:
Innis dhuinn dè do bheachd air ScienceDaily — tha sinn a’ cur fàilte air beachdan adhartach is àicheil. A bheil duilgheadasan sam bith agad leis an làrach-lìn? Ceistean?
Àm puist: 04 Iuchar 2022