There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Programmierbarer Selbstbau auf Mehrkomponenten- Nano--Architektur

durch Dr. Oleg Gang

Dr. Oleg Gruppe, Gruppenleiter, Weiche und Biologische Nanomaterials, Mitte für FunktionsNanomaterials, Brookhaven-Nationales Laboratorium
Entsprechender Autor: ogang@bnl.gov

Nanoparticles sind jetzt erhältlich, das für eine große Auswahl von Materialien und von Einheiten attraktiv sind, aber neue Fälschungsmethoden werden auch gefordert, um vollen Nutzen aus den interessanten Eigenschaften von Nanoparticulates zu ziehen.

Die Anflüge, die auf dem Selbstbau von Anlagen von den einzelnen Bauteilen basieren, bieten ungeheure Kostenvorteile und fast eine magische „Leichtigkeit der Fertigung an“, die mit lithographischen Methoden verglichen wird. Selbstbautechniken können Aufgaben auch ansprechen, die für herkömmliche Lithographie aufbereitet zum Beispiel die Fälschung thee von Maßarchitektur oder Zellen tatsächlich schwierig sind, die vorfabrizierte Nano-nachrichten enthalten.

Andererseits haben Selbstbaumethoden gewöhnlich beträchtliche Beschränkungen: sie lassen die Entstehung von verhältnismäßig einfachen Zellen von den ähnlichen Bauteilen zu, und sie ermöglichen selten eine rationale Auslegung von Anlagen. Die Fähigkeit, verschiedene nanocomponents in eine Anlage mit einer spezifischen Architektur anzuordnen ist eine Schlüsselanforderung für das Aktivieren vieler auftauchenden Funktionseigenschaften von nanosystems. Die Frage deshalb, kann entsteht dieses über Selbstbau erzielt werden?

Abbildung 1. Ein Konzept des programmierbaren Selbstbaus. Nano--Bauteile von verschiedenen Baumustern (Legoblöcke) werden durch „intelligenten“ Kleber, Biomoleküle (zum Beispiel, DNS), die kodieren, wie Bauteile zusammenwirken, das führt zu Entstehung der abschließenden Zelle verwiesen.

Eine der viel versprechenden Strategien für die Fälschung von komplexen Systemen von den Bauteilen von mehrfachen Baumustern über Selbstbau basiert auf dem Gebrauch der Biomoleküle.

Die Inkorporation von Biomolekülen in Nano-nachricht Auslegungen liefert eine Gelegenheit, selektive Anziehungskräfte zwischen verschiedenen Nano-bauteilen zuzuweisen. Biomolekulare kodierung legt die Regeln fest, die regeln, wie verschiedene Nano-nachrichten auf einander einwirken und wie die abschließende Zelle erscheint.

Ein der attraktivsten Implementierung dieses Anfluges basiert auf dem Gebrauch DNS, die chemisch stabil ist und mit verschiedenen Mitteln synthetisiert werden kann. DNS auch liefert ein hohes Maß der kodierung und kann bequem verwendet werden, um Interbauteil Abstände einzustellen.

Mit den Gebrauch DNS für die Nanotechnologieanwendungen wurde von der Gruppe von Ned Seeman vorangegangen, die die Idee von DNS sich verzweigte Zellen1oder so genannte Gestelle und durch die Gruppen von Tschad Mirkin und Paul Alivisatos erforschte, der zeigte, dass zwei Baumuster Partikel, die mit ergänzender DNS functionalized sind, sich erkennen können2.

Trotz der scheinbaren Klarheit des Bio-programmierbaren Konzeptes, bleibt die Fälschung von gut bestimmten Zellen von den Nano-nachrichten eine Herausforderung infolge zusätzliche Interbauteil Ladung in Verbindung gestandener Interaktionen, verschiedene molekulare Interaktionen, geometrisch und entropic. Infolgedessen wird eine komplexe Phaseninteraktion sogar für verhältnismäßig einfache Anlagen vorweggenommen3.

Einige Gruppen haben in beidem 1-D und in 2-D, diese DNS-Gestelle demonstriert, d.h. können DNS-Muster mit Anerkennungssites, verwendet werden, um einen Anhang von kodierten Partikeln auf vorbestimmte Sites zu verweisen. 4In drei Abmessungen jedoch, ist ein anderer Anflug, die abschließende Zelle mit der ganzer relevanten Information sollte unter Verwendung DNS-Motive „programmiert werden“ praktischer, die zu den Nano-nachrichten befestigt werden.

Abbildung 2. (Gelassen) Kleines Winkelröntgenstrahlzerstreuenmuster erhalten von einem Superlattice von den nanoparticles zusammengebaut mit DNS. (Recht) die entsprechende Zelle, raumzentriertes Kubikgitter, gebildet durch die Partikel von zwei Baumustern, zwei ergänzende DNS enthalten; interparticle Abstände werden durch DNS bestimmt.

Eine Neuentdeckung hat gezeigt, dass bestimmte DNS-Motive zu die Entstehung von in hohem Grade organisierten Zellen tatsächlich führen können - kristallene Superlattices von nanoparticles mit der Ordnung, die über zehn oder Hunderten von den Teilchengrößen fortpflanzt5. Zustandsdiagramm von DNS vermittelte die Einheiten, die experimentell nachgeforscht wurden, zeigt, dass der Ordnungsgrad von den Details der DNS-Shells abhängt, die Zahl von DNS Partikel und DNS-Länge verbinden6.

Die kristallenen Einheiten sind thermodynamisch umschaltbar und, mit raumzentrierten Kubikgittern (bcc) Temperatur-melodisch, in denen Partikel nur ~3-5% der Gerätenzelle besetzen. Solche offenen Zellen ermöglichen möglicherweise die Inkorporation von verschiedenen Funktionselementen an den spezifischen Einbauorten auf dem Superlattice 3D sowie die Gelegenheit, Nacheinheit Modifikationen durchzuführen. Zum Beispiel wenn nanoparticles in einem Superlattice unter Verwendung einer reconfigurable DNS-Einheit verbunden werden, können die interparticle Abstände unter Verwendung der molekularen Auslöseimpulse und7 der einfachen DNA-Stränge „Bedarfs-“ geschaltet werden.

Abgesehen von zusammenbauenden Millionen nanoparticles in Einheiten 3D, ist es ein ziemlich günstiges, genau strukturierte Cluster einiger Partikel zu fabrizieren. Wenn einige nanoparticles in einer bestimmten Zelle angeordnet werden, können neue Materialeigenschaften auftauchen. Nanoparticles sind in diesem Fall Atomen analog, die, wenn Sie in einem Molekül, häufig die Ausstellungseigenschaften angeschlossen werden, die nicht in den einzelnen Atomen gefunden werden.

Herkömmliche Lösung-basierte Methoden ergeben gewöhnlich eine breite Bevölkerung von multimers von Clustern; außerdem ist die Leistungsfähigkeit der Fälschung begrenzt. Eine Hochdurchsatz Methode ist vor kurzem für die Fälschung von Clustern unter Verwendung der DNS-kodierten nanoparticles demonstriert worden, die auf einer zuverlässigen Unterstützung über Anerkennung zusammengebaut werden8. Dieser Anflug erlaubt den Bau von Nanoparticleclustern mit einem hohen Ertrag. Unter Verwendung dieser Methode sind Zweibauteil Cluster von den Gold- und Silberpartikeln fabriziert worden, um ihre optischen Eigenschaften zu prüfen. Die komplexeren Zellen, die einige Baumuster Nano-nachrichten mit geregelten Internachrichten Stellungen enthalten, können unter Verwendung dieses Anfluges zusammengebaut werden.

Eine Forschung auf dem Gebiet eines programmierbaren Selbstbaus von nanosystems verspricht, ein neues Paradigma in Bezug auf die Fälschung von Materialien und von Einheiten zu holen. Obgleich beträchtlicher Fortschritt offensichtlich ist, müssen einige bedeutende Herausforderungen noch verstanden werden und gelöst werden: (i), wie man selektive biologische Interaktionen und nicht selective körperliche Faktoren ausgleicht; (ii), wie man eine globale Zelle einer Anlage unter Verwendung der kodierungstechniken für einzelne Bauteile programmiert; (iii), wie man Fehlerkorrektur im Selbstbauprozeß einführt.

 


Bezüge

1. Seeman, N.C. DNA in einer materiellen Welt. Natur 421, 427-431 (2003)
2. C.A. Mirkin, R.L. Letsinger, R.C. Mucic und J.J. Storhoff, „eine DNS-basierte Methode für nanoparticles in makroskopische Materialien rational zusammenbauen“ Natur 382, 607 (1996); A.P. Alivisatos, K.P. Johnsson, X.G. Peng, T.E. Wilson, C.J. Loweth, M.P. Bruchez und P.G. Schultz, „Einteilung „nanocrystal Moleküle“ unter Verwendung DNS“ Natur 382, 609 (1996).
3. A. Bezeichnet V. Tkachenko, „Morphologische Vielfalt des DNS-kolloidalen Selbstbaus“ Körperliche Zusammenfassung 89, 148303 mit Buchstaben (2002)
4. Y. Reihenfolge-Kodierte Y. Pinto, J.D. Le, N.C. Seeman, K. Musier-Forsyth, T.A. Taton und R.A. Kiehl, „Selbstbau von mehrfachen-nanocomponent Reihen durch 2D DNS-Baugerüst“ Nano-Schreiben 5, 2399 (2005); Zhang, J.P., Liu, Y., KE, Y.G. u. Yan, GoldH. Periodic Quadrat ähnliche nanoparticlereihen templated durch selbst-zusammengebaute 2D DNS-nanogrids auf einer Oberfläche. Nano--Lett. 6, 248_251 (2006); Deng, Z.X., Tian, Y., Lee, S.H., Ribbe, A.E. u. Mao, C.D. DNS-kodierten Selbstbau von Gold-nanoparticles in eindimensionale Reihen. Angew. Chem. Int. Ed. 44, 3582 (2005)
5. D. DNS-führten Nykypanchuk, M.M. Maye, D. van Der Lelie und O. Gang, „Kristallisation von kolloidalen nanoparticles“, Natur 451, 549 (2008); S.Y. Park, A.K.R. Lytton-Jean, B. Lee, S. Weigand, G.C. Schatz, C.A. Mirkin, „DNS-Programmierbare Nanoparticle-Kristallisation,“ Natur 451, 553 (2008)
6. H. Bauten M. Xiong, D. van Der Lelie und O. Gang, „Phasen-Verhalten von Nanoparticles durch DNS-Verknüpfungsprogramme“, Körperliche Zusammenfassung Mit Buchstaben Bezeichnet 102, 015504 zusammen (2009).
7. M.M. Maye, D. Nykypanchuk, M. Cusiner, D. van Der Lelie und O. Gang, „Schrittweise Oberflächenkodierung für Hochdurchsatz Montage von nanoclusters“, Natur-Materialien, 8, 388 (2009)
8. M.M. Maye, K. Mudalidge, D. Nykypanchuk, W. Sherman und Nanoparticle-Superlattices und Cluster O. Gang „Molekular Schaltbare mit Binären Zuständen“, Natur-Nanotechnologie, DOI: 10.1038/nnano.2009.378

Copyright AZoNano.com, Dr. Oleg Gang (Brookhaven-Nationales Laboratorium)

Date Added: Apr 18, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:24

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit