Related Offers

Auto-Conjunto Programável em Nano-Arquiteturas Multicomponent

pelo Dr. Oleg Grupo

Nanomaterials do Grupo do Dr. Oleg, do Líder do Grupo, os Macios e os Biológicos, Centro para Nanomaterials Funcionais, Laboratório Nacional de Brookhaven
Autor Correspondente: ogang@bnl.gov

Nanoparticles está agora disponível que é atractivo para uma vasta gama de materiais e de dispositivos, mas os métodos novos da fabricação são exigidos igualmente para tomar a vantagem completa das propriedades interessantes de Nanoparticulates.

As Aproximações baseadas no auto-conjunto dos sistemas dos componentes individuais oferecem vantagens tremendas do custo e quase uma “facilidade mágica da fabricação” comparada aos métodos litográficos. as técnicas do Auto-Conjunto podem igualmente endereçar as tarefas que são intrìnseca desafiantes para a litografia convencional processam por exemplo a fabricação das arquiteturas ou das estruturas dimensionais do thee que contêm nano-objetos pré-fabricados.

Inversamente, os métodos do auto-conjunto têm tipicamente limitações significativas: permitem a formação de estruturas relativamente simples dos componentes similares, e permitem raramente um projecto racional dos sistemas. A capacidade para arranjar nanocomponents diferentes em um sistema com uma arquitetura específica é uma exigência chave para permitir muitas propriedades funcionais emergentes dos nanosystems. A pergunta elevara conseqüentemente, pode isto ser conseguido através do auto-conjunto?

Figura 1. Um conceito do auto-conjunto programável. os Nano-Componentes de vários tipos (lego-blocos) são dirigidos pela colagem “esperta”, as biomoléculas (por exemplo, ADN), de que codifica como os componentes interagem, isso conduzem à formação de estrutura final.

Uma das estratégias prometedoras para a fabricação de sistemas complexos dos componentes de tipos múltiplos através do auto-conjunto é baseado no uso das biomoléculas.

A incorporação das biomoléculas em projectos do nano-objeto fornece uma oportunidade de atribuir atracções selectivas entre vários nano-componentes. A codificação Biomolecular estabelece as regras que regulam como os nano-objetos diferentes interagem um com o otro e como a estrutura final aparece.

Uma da aplicação a mais atractiva desta aproximação é baseado no uso do ADN, que é quimicamente estável e pode ser sintetizado por vários meios. O ADN igualmente fornece um alto nível da codificação e pode convenientemente ser usado para ajustar distâncias do inter-componente.

O uso do ADN para as aplicações da nanotecnologia foi aberto caminho pelo grupo de Ned Seeman, que explorou a ideia do ADN ramificou estruturas1, ou andaimes assim chamados, e pelos grupos de Chade Mirkin e por Paul Alivisatos, que demonstrou que dois tipos de partículas functionalized com ADN complementar podem se reconhecer2.

Apesar da claridade ostensivo do conceito bio-programável, a fabricação de estruturas bem determinadas dos nano-objetos permanece um desafio em conseqüência das interacções relativas do inter-componente carga adicional, várias interacções moleculars, geométrico e entrópico. Conseqüentemente, uma interacção complexa da fase é antecipada mesmo para sistemas relativamente simples3.

Diversos grupos demonstraram em em ambo o 1-D e 2-D, andaimes desse ADN, isto é os testes padrões do ADN com locais de reconhecimento, podem ser usados para dirigir um acessório de partículas codificadas em locais predeterminados. 4Em três dimensões contudo, uma aproximação diferente é mais prática, a estrutura final com toda a informação relevante deve “ser programada” usando os motivos do ADN anexados aos nano-objetos.

Figura 2. (Deixada) teste padrão Pequeno da dispersão de raio X do ângulo obtido de um superlattice dos nanoparticles montados com ADN. (Direito) A estrutura correspondente, corpo centrou a estrutura cúbica, formada pelas partículas de dois tipos, contendo ADN dois complementar; as distâncias interparticle são determinadas pelo ADN.

Uma descoberta recente mostrou que determinados motivos do ADN podem certamente conduzir à formação das estruturas altamente organizadas - superlattices cristalinos dos nanoparticles com o pedido que propaga sobre dez ou centenas de tamanhos de partículas5. O diagrama de Fase do ADN negociou os conjuntos investigados experimental mostra que o grau de pedido depende dos detalhes dos escudos do ADN, o número de ADN que liga partículas e comprimento do ADN6.

Os conjuntos cristalinos são thermodynamically reversíveis e temperatura-ajustáveis, com estrutura cúbicas centradas (bcc) corpo onde as partículas ocupam somente ~3-5% da pilha de unidade. Tais estruturas abertas permitem potencial a incorporação de vários elementos funcionais em lugar específicos no superlattice 3D, assim como a oportunidade executar alterações do cargo-conjunto. Por exemplo, se os nanoparticles são ligados em um superlattice usando um dispositivo reconfigurável do ADN, as distâncias interparticle podem ser “por encomenda comutado”7 usando estímulos moleculars e costas simples do ADN.

Independentemente de milhões de montagem de nanoparticles nos conjuntos 3D, é um bastante vantajoso fabricar conjuntos precisamente estruturados de diversas partículas. Quando alguns nanoparticles são arranjados em uma estrutura particular, as propriedades materiais novas podem emergir. Nanoparticles é neste caso análogo aos átomos, que, quando conectado em uma molécula, frequentemente as propriedades da exibição não encontradas nos átomos individuais.

Os métodos solução-baseados Convencionais conduzem tipicamente a uma população larga dos multimers dos conjuntos; além disso, a eficiência da fabricação é limitada. Um método da alto-produção tem sido demonstrado recentemente para a fabricação dos conjuntos usando os nanoparticles ADN-codificados montados em um apoio contínuo através do reconhecimento8. Esta aproximação permite a construção de conjuntos do nanoparticle com um rendimento alto. Usando este método, os conjuntos do dois-componente foram fabricados das partículas do ouro e da prata para examinar suas propriedades ópticas. Umas estruturas Mais complexas que contêm diversos tipos de nano-objetos com posições reguladas dos inter-objetos podem ser montadas usando esta aproximação.

A Pesquisa sobre o auto-conjunto programável dos nanosystems promete trazer um paradigma novo com relação à fabricação dos materiais e dos dispositivos. Embora o progresso significativo seja evidente, diversos desafios principais ainda precisam de ser compreendidos e resolvido: (i) como equilibrar interacções biológicas selectivas e factores físicos não-selectivos; (ii) como programar uma estrutura global de um sistema usando técnicas da codificação para componentes individuais; (iii) como executar de correcção de erros no processo do auto-conjunto.

 


Referências

1. Seeman, N.C. ADN em um mundo material. Natureza 421, 427-431 (2003)
2. C.A. Mirkin, R.L. Letsinger, R.C. Mucic, e J.J. Storhoff, “Um método ADN-baseado para racional montar nanoparticles Natureza 382 nos materiais macroscópicos”, 607 (1996); A.P. Alivisatos, K.P. Johnsson, X.G. Peng, T.E. Wilson, C.J. Loweth, M.P. Bruchez, e P.G. Schultz, “Organização “da Natureza nanocrystal 382 do ADN das moléculas” que usa”, 609 (1996).
3. A.V. Tkachenko, “diversidade Morfológica Revisão Física do auto-conjunto ADN-coloidal” Rotula 89, 148303 (2002)
4. Y.Y. Pinto, J.D. Le, N.C. Seeman, K. Musier-Forsyth, T.A. Taton, e R.A. Kiehl, “Seqüência-Codificou o auto-conjunto de disposições múltiplas-nanocomponent as Letras Nano 5 pelo 2D andaime do ADN”, 2399 (2005); Zhang, o J.P., Liu, o Y., o KE, o Y.G. & Yan, H. Periódico quadrado-como disposições do nanoparticle do ouro templated por 2D nanogrids auto-montados do ADN em uma superfície. Lett Nano. 6, 248_251 (2006); Deng, o Z.X., Tian, o Y., o Lee, o S.H., Ribbe, o A.E. & Mao, C.D. ADN-codificaram o auto-conjunto de nanoparticles do ouro em disposições de uma dimensão. Angew. Chem. Int. Ed. 44, 3582 (2005)
5. D. Nykypanchuk, M.M. Maye, D. camionete der Lelie, e O. Grupo, “ADN-guiaram a cristalização de nanoparticles coloidais”, a Natureza 451, 549 (2008); S.Y. Parque, A.K.R. Lytton-Jean, B. Lee, S. Weigand, G.C. Schatz, C.A. Mirkin, “Cristalização ADN-Programável do Nanoparticle,” Natureza 451, 553 (2008)
6. H.M. Xiong, D. camionete der Lelie, e O. Grupo, da “Comportamento Fase de Nanoparticles Montaram por Linkers do ADN”, Revisão Física Rotulam 102, 015504 (2009).
7. M.M. Maye, D. Nykypanchuk, M. Cusiner, D. camionete der Lelie, e O. Grupo, “codificação de superfície Por Etapas para o conjunto da alto-produção dos nanoclusters”, Materiais da Natureza, 8, 388 (2009)
8. M.M. Maye, K. Mudalidge, D. Nykypanchuk, W. Sherman, e Superlattices Molecular Switchable e Conjuntos do Nanoparticle de O. Grupo “com Estados Binários”, Nanotecnologia da Natureza, DOI: 10.1038/nnano.2009.378

Copyright AZoNano.com, Dr. Oleg Grupo (Laboratório Nacional de Brookhaven)

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

Last Update: 14. June 2013 01:48

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