다성분 Nano 아키텍쳐에 풀그릴 각자 집합

박사에 의하여 Oleg Gang

Oleg 박사 갱, 단 지도자, 연약한 및 생물학 Nanomaterials, 기능적인 Nanomaterials를 위한 센터, Brookhaven 국립 연구소
대응 저자: ogang@bnl.gov

Nanoparticles는 지금 유효합니다 물자와 장치의 광범위를 위해 매력적인, 그러나 비발한 제작 방법은 또한 Nanoparticulates의 흥미로운 속성의 가득 차있는 이용할 것을 요구됩니다.

개별적인 분대에서 시스템의 각자 집합에 근거를 둔 접근은 거창한 비용 이점을 마술 "석판 인쇄 방법과 비교된 제조의 용이함" 거의 제안합니다. 각자 집합 기술은 또한 전통적인 석판인쇄술을 위해 본질적으로 도전적 가공하는 조립식으로 만들어진 nano 객체를 포함하는 thee 차원 아키텍쳐 구조물의 예를 들면 제작을인 업무를 제시할 수 있습니다.

반대로, 각자 집합 방법에는 전형적으로 중요한 제한이 있습니다: 그(것)들은 유사한 분대에서 상대적으로 간단한 구조의 대형을 허용하고, 드물게 시스템의 합리적인 디자인을 허용하지 않습니다. 특정 아키텍쳐를 가진 시스템으로 다른 nanocomponents를 배열하는 기능은 nanosystems의 많은 나오는 기능적인 속성을 가능하게 하기를 위한 중요한 필수품입니다. 질문 그러므로 이것은 일어나고, 각자 집합을 통해 달성될 수 있습니까?

숫자 1. 풀그릴 각자 집합의 개념. 각종 모형 (lego 구획)의 Nano 분대는 "지능적인" 접착제, 에 의해 마지막 구조물의 대형에 분대가 어떻게 상호 작용하는지 부호 매기는 유생분자 (예를 들면, DNA), 그것 지도합니다 지시됩니다.

각자 집합을 통해 다중 모형의 분대에서 복합 시스템의 제작을 위한 유망한 전략의 한개는 유생분자의 사용에 근거를 둡니다.

nano 객체 디자인으로 유생분자의 합동은 각종 nano 분대 사이 선택적인 매력을 할당하는 기회를 제공합니다. 생체 고분자 암호화는 다른 nano 객체가 서로 어떻게 상호 작용하는, 그리고 어떻게 마지막 구조물이 나타나는지 통제하는 규칙을 설치합니다.

이 접근의 매력적인 실시의 1개는 화학적으로 안정되어 있고 각종 방법에 의해 종합될 수 있는 DNA의 사용에 근거를 둡니다. DNA는 또한 암호화의 고차를 제공하고 편리하게 간 분대 거리를 조정하기 위하여 사용될 수 있습니다.

나노 과학 응용을 위한 DNA의 사용은 차드 Mirkin의 단 및 무료한 DNA로 functionalized 입자의 2가지의 모형은 인식할1수 있다는 것을 설명한, 폴 Alivisatos에 의해 DNA 구조물, 또는 소위 비계의 아이디어를 분기한, 그리고 탐구한 Ned Seeman의 단에 의해 개척되었습니다2.

생물 풀그릴 개념의 외면상 명확성에도 불구하고, nano 객체에서 잘 결정한 구조물의 제작은 추가 간 분대 책임 관련 상호 작용, 각종 분자 상호 작용 결과로 도전에, 기하학 적이고 entropic 남아 있습니다. 따라서, 복잡한 단계 상호 작용은 상대적으로 단순 시스템을 위해 조차 예기됩니다3.

몇몇 단은 두 1-D 및 제 2 전부 의 그 DNA 비계에서 설명했습니다, 인식 부위를 가진 i.e DNA 패턴은, 미리 결정한 사이트에 부호 매겨진 입자의 부착을 지시하기 위하여 이용될 수 있습니다. 43개 차원에서는 그러나, 다른 접근은 nano 객체에 붙어 있던 DNA 주제를 사용하여 실제적, 모든 관련된 정보를 가진 마지막 구조물" 프로그램되어야 합니다 "입니다.

(남겨두는) 숫자 2. DNA로 조립되는 nanoparticles의 superlattice에서 장악되는 작은 각 엑스레이 뿌리기 패턴. (맞은) 대응 구조물, 바디는 2 무료한 DNA를 포함하는 2가지의 모형의 입자에 의해 형성된 입방 격자를 중심에 뒀습니다; interparticle 거리는 DNA에 의해 결정됩니다.

신 발견은 특정 DNA 주제가 높게 편성한 구조물 - 입자 크기의 10 또는 수백에 전파하는 명령을 가진 nanoparticles의 크리스탈 superlattices의 대형으로 실제로 이끌어 낼 수 있다는 것을 보여주었습니다5. DNA의 단계 도표는 질서도 DNA 쉘, 입자와 DNA 길이를 연결하는 DNA의 수의 세부사항에 달려 있다는 것을 실험적으로 조사된 집합을 보여줍니다 중재했습니다6.

크리스탈 집합은 열역학으로 입자가 단위 세포의 단지 ~3-5%를 점유하는 (bcc) 바디에 의하여 중심에 있던 입방 격자와 더불어 뒤집을 수 있고습니다 온도 조정 가능합니다. 3D superlattice에 특정 위치에 그 같은 열리는 구조물이 잠재적으로 지점 집합 수정을 실행하는 각종 함수 원소의 합동, 뿐 아니라 기회를 허용합니다. 예를 들면, nanoparticles가 reconfigurable DNA 장치를 사용하여 superlattice에서 연결되는 경우에, interparticle 거리는 분자 자극 및 간단한 DNA 물가7 를 사용하여 "주문으로" 전환될 수 있습니다.

3D 집합으로 nanoparticles의 모이는 수백만은 그렇다 하고, 몇몇 입자의 정확하게 구축한 다발을 날조하는 것이 확실히 유리합니다. 약간 nanoparticles가 특정한 구조물에서 배열될 때, 새로운 물자 속성은 나올 수 있습니다. Nanoparticles는 이 경우에는 원자와 비슷합니다, 분자에서 연결될 때, 수시로 개별적인 원자에서 찾아내지 않는 전시회 속성.

전통적인 해결책 기지를 둔 방법은 다발의 multimers의 더큰 집단 전형적으로 귀착됩니다; 게다가, 제작의 효율성은 한정됩니다. 높 처리량 방법은 승인을 통해 고상 지지체에 조립된 DNA 부호 매겨진 nanoparticles를 사용하여 다발의 제작을 위해 최근에 설명되었습니다8. 이 접근은 높은 수확량을 가진 nanoparticle 다발의 건축을 허용합니다. 이 방법을 사용하여, 2 분대 다발은 금과 은 입자에서 그들의 광학적 성질을 검토하기 위하여 날조되었습니다. 통제한 간 객체 위치를 가진 nano 객체의 몇몇 모형을 포함하는 더 복잡한 구조물은 이 접근을 사용하여 조립될 수 있습니다.

nanosystems의 풀그릴 각자 집합에 대한 연구는 물자와 장치의 제작에 관하여 새로운 패러다임을 가져오고 약속합니다. 중요한 진도가 분명하더라도, 몇몇 중요한 도전은 아직도 이해되고 해결될 필요가 있습니다: (i) 선택적인 생물학 상호 작용 및 비 선택적인 물리적인 요인을 균형을 잡는 방법; (II) 개별적인 분대를 위한 암호화 기술을 사용하는 시스템의 글로벌 구조물을 프로그램하는 방법; (iii) 각자 집합 프로세스에서 에러 수정을 실행하는 방법.

 


참고

1. Seeman, 물자 세계에 있는 N.C. DNA. 성격 421, 427-431 (2003년)
2. C.A. Mirkin, R.L. Letsinger, R.C. Mucic, 및 J.J. Storhoff, "합리적으로 거시적인 물자로 nanoparticles" 조립을 위한 DNA 기지를 둔 방법 성격 382, 607 (1996년); A.P. Alivisatos, K.P. Johnsson, X.G. Peng, T.E. 윌슨, C.J. Loweth, M.P. Bruchez, 그리고 P.G. Schultz, nanocrystal" DNA"를 사용하는 분자 성격 382, 609 "의 "편성부대 (1996년).
3. A.V. Tkachenko는, "DNA 콜로이드 각자 집합의 형태학상 다양성" 물리적인 검토 89, 148303를 써 넣습니다 (2002년)
4. Y.Y. Pinto, J.D. Le, N.C. Seeman, K. Musier-Forsyth, T.A. Taton, 및 R.A. Kiehl는 제 2 DNA 비계에 의하여, "다중 nanocomponent 소집의 각자 집합을" Nano 편지 5, 2399 순서 부호 매겼습니다 (2005년); 장, J.P., Liu, Y., Ke, Y.G. & Yan, 금 nanoparticle 소집 사각 같이 H. Periodic는 표면에 각자 소집된 제 2 DNA nanogrids에 의하여 templated. Nano Lett. 6, 248_251 (2006년); Deng, Z.X., Tian, Y., 이, S.H., Ribbe, A.E. & 마오, C.D.는 1차원적인 소집으로 금 nanoparticles의 각자 집합을 DNA 부호 매겼습니다. Angew. Chem. Int. Ed. 44, 3582 (2005년)
5. D. Nykypanchuk, M.M. Maye, D. van der Lelie, 및 O. Gang은, "콜로이드 nanoparticles의 결정화를", 성격 451, 549 DNA 인도했습니다 (2008년); S.Y. Park, A.K.R. Lytton 진, B. 이, S. Weigand, G.C. Schatz, C.A. Mirkin, "DNA 풀그릴 Nanoparticle 결정화," 성격 451, 553 (2008년)
6. H.M. Xiong, D. van der Lelie, 및 O. Gang은 DNA 링커에 의하여, "Nanoparticles의 단계 행동", 물리적인 검토 써 넣습니다 102, 015504를 모였습니다 (2009년).
7. M.M. Maye, D. Nykypanchuk, M. Cusiner, D. van der Lelie, 및 O. Gang, "nanoclusters의 높 처리량 집합을 위한 점차적인 지상 암호화", 성격 물자, 8, 388 (2009년)
8. M.M. Maye, K. Mudalidge, D. Nykypanchuk, W. Sherman, 그리고 O. Gang "이원 국가에 분자로 바꿀 수 있는 Nanoparticle Superlattices 그리고 다발", 성격 나노 과학, DOI: 10.1038/nnano.2009.378

, 저작권 AZoNano.com Oleg Gang (Brookhaven 국립 연구소) 박사

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

Last Update: 14. June 2013 01:34

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