There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Programmable Собственн-Агрегат на Поликомпонентных Nano-Зодчеств

Др. Oleg Шатией

Nanomaterials Шатии Др. Oleg, Руководителя Группы, Мягких и Биологических, Центр для Функциональных Nanomaterials, Лаборатория Брукхейвен Национальная
Соответствуя автор: ogang@bnl.gov

Nanoparticles теперь доступно которое привлекательно для широкого диапазона материалов и приборов, но необходимы, что принимают романные методы изготовления также полное преимущество интересных свойств Nanoparticulates.

Подходы основанные на собственн-агрегате систем от индивидуальных компонентов предлагают большущие преимущества цены и почти волшебная «легкость изготовления» сравненного к литографским методам. методы Собственн-Агрегата могут также адресовать задачи которые внутреннеприсуще трудный для обычного литографирования обрабатывают например изготовление зодчеств или структур thee габаритных содержа pre-изготовленные nano-предметы.

Наоборот, методы собственн-агрегата типично имеют значительно ограничения: они прибавлять на образование относительно простых структур от подобных компонентов, и они редко позволяют рациональную конструкцию систем. Способность аранжировать различные nanocomponents в систему с специфическим зодчеством ключевое требование для включать много вытекая функциональных свойств nanosystems. Вопрос поэтому возникает, может это быть достигано через собственн-агрегат?

Диаграмма 1. Принципиальная схема programmable собственн-агрегата. Nano-Компоненты различных типов (lego-блоков) направлены «умным» клеем, биомолекулами (например, ДНА), которые шифруют как компоненты взаимодействуют, то водят к образованию окончательной структуры.

Одна из перспективнейших стратегий для изготовления комплексных систем от компонентов множественных типов через собственн-агрегат основано на пользе биомолекул.

Внесение биомолекул в конструкции nano-предмета обеспечивает возможность задать селективные привлекательности между различными nano-компонентами. Биомолекулярное зашифрование устанавливает правила которые регулируют как различные nano-предметы взаимодействуют друг с другом и как окончательная структура появляется.

Одна из самой привлекательной вставки этого подхода основано на пользе ДНА, которое химически стабилизировано и может быть синтезировано различными серединами. ДНА также обеспечивает высокую степень зашифрования и может удобно быть использовано для того чтобы отрегулировать расстояния взаимо--компонента.

Польза ДНА для применений нанотехнологии была pioneered группой в составе Ned Seeman, которая исследовала идею разветвленных строений ДНА1, или так называемые ремонтины, и группами в составе Чэд Mirkin и Паыль Alivisatos, которые продемонстрировали что 2 типа частиц functionalized с комплементарным ДНА могут узнать один другого2.

Несмотря На мнимую ясность био-programmable принципиальной схемы, изготовление хорошо определенных структур от nano-предметов остает возможностью в результате дополнительной взаимодействий взаимо--компонента отнесенных обязанностью, различных молекулярных взаимодействий, геометрическо и entropic. Следовательно, сложное взаимодействие участка предвидится даже для относительно простых систем3.

Несколько групп демонстрировали в обоих 1-D и 2-D, ремонтинах того ДНА, т.е. картины ДНА с местами опознавания, можно использовать для того чтобы сразу приложение зашифрованных частиц на предопределенные места. 4В 3 размерах однако, различный подход практическиее, окончательная структура с всей релевантной информацией должен «быть запрограммирован» используя мотивы ДНА прикрепленные к nano-предметам.

(Выйденная) Диаграмма 2. Малоугольная картина разбрасывать рентгеновского снимка полученная от superlattice nanoparticles собранных с ДНА. (Право) Соответствуя структура, тело центризовала кубическую решетку, сформированную частицами 2 типов, содержа комплементарное ДНА 2; interparticle расстояния определены ДНА.

Недавнее открытие показывало что некоторые мотивы ДНА могут деиствительно вести к образованию сильно организованных структур - кристаллических superlattices nanoparticles при заказ распространяя над 10 или сотниами размеров частиц5. На Фазовую диаграмму ДНА посредничала агрегаты расследованные экспириментально показано что быть в зависимости от степени порядка детали раковин ДНА, номера ДНА соединяя частицы и длину ДНА6.

Кристаллические агрегаты термодинамически реверзибельны и температур-настраиваемый, с решетками центризованными телом (bcc) кубическими где частицы занимают только ~3-5% из клетки блока. Такие открытые структуры потенциально позволяют внесение различных функциональных элементов на специфических положениях на superlattice 3D, так же, как возможность выполнить изменения столб-агрегата. На пример, если nanoparticles соединены в superlattice используя reconfigurable прибор, то ДНА, interparticle расстояния можно переключить «по требованию»7 используя молекулярные стимулы и простые стренги ДНА.

Отдельно от собирая миллионов nanoparticles в агрегаты 3D, довольно выгодно изготовить точно составленные группы нескольких частиц. Когда немного nanoparticles аранжированы в определенной структуре, новые материальные свойства могут вытечь. Nanoparticles в этот случай аналогично к атомам, которые, соединяно в молекуле, часто свойства экспоната не найденные в индивидуальных атомах.

Обычные разрешени-основанные методы типично приводят к в обширной населенности multimers групп; furthermore, эффективность изготовления лимитирована. Метод высок-объём недавно был продемонстрирован для изготовления групп используя Дна-зашифрованные nanoparticles собранные на твердой поддержке через опознавание8. Этот подход позволяет конструкции групп nanoparticle с высоким выходом. Используя этот метод, группы 2-компонента были изготовлены от частиц золота и серебра для того чтобы рассмотреть их оптически свойства. Более сложные структуры содержа несколько типов nano-предметов с отрегулированными положениями взаимо--предметов можно собрать используя этот подход.

Исследование на programmable собственн-агрегате nanosystems обещает принести новую парадигму по отношению к изготовлению материалов и приборов. Хотя значительно прогресс очевидн, нескольким главных возможностей все еще нужно быть понятым и разрешенным: (I) как сбалансировать селективные биологические взаимодействия и неселективные физические факторы; (ii) как запрограммировать глобальную структуру системы используя методы зашифрования для индивидуальных компонентов; (III) как снабдить исправление ошибки в процессе собственн-агрегата.

 


Справки

1. Seeman, N.C. ДНА в материальном мире. Природа 421, 427-431 (2003)
2. C.A. Mirkin, R.L. Letsinger, R.C. Mucic, и J.J. Storhoff, «Дна-основанный метод для рационально собирать nanoparticles в Природа 382 макроскопические материалы», 607 (1996); A.P. Alivisatos, K.P. Johnsson, X.G. Peng, T.E. Уилсон, C.J. Loweth, M.P. Bruchez, и P.G. Schultz, «Организация «nanocrystal Природы 382 ДНА молекул» используя», 609 (1996).
3. A.V. Tkachenko, «Морфологическая разнообразность Просмотрение Дна-коллоидного собственн-агрегата» Физическое Помечает Буквами 89, 148303 (2002)
4. Y.Y. Pinto, D. Le J., N.C. Seeman, K. Musier-Forsyth, T.A. Taton, и R.A. Kiehl, «Последовательност-Зашифровали собственн-агрегат множественных-nanocomponent блоков Письма 5 2D лесами ДНА» Nano, 2399 (2005); Zhang, P.J., Liu, Y., Ke, G.Y. & Yan, H. Периодическ квадрат-как блоки nanoparticle золота templated собственн-собранными 2D nanogrids ДНА на поверхности. Nano Lett. 6, 248_251 (2006); Deng, Z.X., Tian, Y., Ли, H.S., Ribbe, A.E. & Mao, D.C. Дна-зашифровали собственн-агрегат nanoparticles золота в одноразмерные блоки. Angew. Chem. Int. Ed. 44, 3582 (2005)
5. D. Nykypanchuk, M.M. Maye, D. фургон der Lelie, и O. Шатия, «Дна-направили кристаллизацию коллоидных nanoparticles», Природа 451, 549 (2008); S.Y. Парк, A.K.R. Lytton-Джин, B. Ли, S. Weigand, G.C. Schatz, C.A. Mirkin, «Дна-Programmable Кристаллизация Nanoparticle,» Природа 451, 553 (2008)
6. H.M. Xiong, D. фургон der Lelie, и O. Шатия, «Поведение Участка Nanoparticles Собрали Линкерами ДНА», Физическое Просмотрение Помечают Буквами 102, 015504 (2009).
7. M.M. Maye, D. Nykypanchuk, M. Cusiner, D. фургон der Lelie, и O. Шатия, «Stepwise поверхностное зашифрование для агрегата высок-объём nanoclusters», Материалы Природы, 8, 388 (2009)
8. M.M. Maye, K. Mudalidge, D. Nykypanchuk, W. Шерман, и Superlattices и Группы Nanoparticle O. Шатии «Молекулярно Switchable с Бинарными Положениями», Нанотехнология Природы, DOI: 10.1038/nnano.2009.378

Авторское Право AZoNano.com, Др. Oleg Шатия (Лаборатория Брукхейвен Национальная)

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

Last Update: 14. June 2013 01:52

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