Programmerbar Själv-Enhet på Multicomponent Nano-Arkitekturer

vid Dr. Oleg Liga

Nanomaterials för Ligan för Dr Oleg, Mjuka och Biologiska, Centrerar för Ledare för Grupp, för Funktionella Nanomaterials, Brookhaven MedborgareLaboratorium
Motsvarande författare: ogang@bnl.gov

Nanoparticles är nu tillgänglig som är attraktiv för en lång räcka av material och apparater, men nya fabriceringmetoder krävs också för att ta full fördel av den intressant rekvisitan av Nanoparticulates.

Approaches baserade på själv-enheten av system från individdelar som det enorma erbjudandet kostar fördelar, och nästan lindrar ett magical ”av tillverkning” som jämförs till lithographic metoder. Själv-Enhet tekniker kan också tilltala uppgifter, som utmanar i sitt innersta väsen för konventionell lithography bearbetar for example fabriceringen av dimensionella arkitekturer för theen, eller strukturerar pre-fabricerat att innehålla nano-anmärker.

Omvänt har själv-enhet metoder typisk viktiga begränsningar: de låter för bildandet av förhållandevis enkelt strukturerar från liknande delar och dem sällan tillstånd en rationell design av system. Kapaciteten att ordna olika nanocomponents in i ett system med en specifik arkitektur är ett nyckel- krav för att möjliggöra många dyka upp funktionell rekvisita av nanosystems. Ifrågasätta därför, uppstår kan detta uppnås via själv-enheten?

Figurera 1. Ett begrepp av den programmerbara själv-enheten. Nano-Delar av olika typer (lego-kvarter) riktas av ”smart” limmar, biomolecules (till exempel, DNA), som kodar hur delar påverkar varandra som är de leder till bildande av finalen strukturerar.

En av de lova strategierna för fabriceringen av komplexa system från delar av multipeltyper via själv-enheten baseras på bruket av biomolecules.

Inkorporeringen av biomolecules in i nano-anmärker designer ger ett tillfälle att tilldela selektiva dragningar mellan olika nano-delar. Den Biomolecular kodningen upprättar härskar som reglerar hur olikt nano-anmärker påverkar varandra med varje annat och hur finalen strukturerar visas.

En av det attraktivaste genomförandet av detta att närma sig baseras på bruket av DNA, som är chemically stabil och kan synthesizeds av olikt hjälpmedel. DNA ger en kickgrad av kodningen och kan också vara lämpligt van vid justerar inter-del- distanserar.

Bruket av DNA för nanotechnologyapplikationerna bana väg för av gruppen av Ned Seeman, som undersökte den förgrena sig idén av DNA strukturerar1, eller så - kallade scaffolds, och av grupperna av Tchad Mirkin och Paul Alivisatos, som visade att två typer av partiklar functionalized med kompletterande DNA kan känna igen varje annan2.

Illviljan den skenbara klarheten av detprogrammerbara begreppet, fabriceringen av väl beslutsamt strukturerar från nano-anmärker återstår en utmaning som ett resultat av den extra inter-del- laddningen släkta växelverkan, olik molekylära växelverkan, geometriskt och entropic. Därför arrangerar gradvis ett komplex växelverkan förutses även för förhållandevis enkla system3.

Flera grupper har visat i båda 1-D och 2-D, scaffolds för den DNA, dvs. mönstrar DNA med erkännandeplatser, kan vara van vid riktar ett tillbehör av kodade partiklar på förutbestämda platser. 4I tre dimensionerar emellertid, ett olikt att närma sig är mer praktisk, finalen strukturerar med alla relevant information bör ”programmeras” genom att använda fäste DNA-motiv nano-anmärker.

Figurera 2. Litet meta röntgenstrålespridningen mönstrar erhållande från en superlattice av nanoparticles som är församlade med DNA, (Lämnat). (Rätt) Strukturerar förkroppsligar motsvara, centrerat kubikgaller som bildas av partiklar av två typer som innehåller kompletterande DNA två; interparticle distanserar är beslutsamt vid DNA.

En ny upptäckt har visat att bestämda DNA-motiv kan sannerligen leda till bildandet av högt organiserat strukturerar - crystalline superlattices av nanoparticles med beställer att fortplanta över tio, eller hundratals partiklar storleksanpassar5. Arrangera Gradvis diagrammet av DNA medlade enheter som försöksvis utforskas, visar att graden av beställer beror på specificerar av DNAEN beskjuter, numrera av DNA som anknyter partiklar och DNA-längd6.

De crystalline enheterna är thermodynamically vändbara, och temperatur-tunable, med förkroppsliga centrerade kubik (bcc)galler var partiklar upptar endast ~3-5% av enhetscellen. Sådan öppet strukturerar potentiellt tillstånd inkorporeringen av olika funktionella beståndsdelar på specifika lägen på superlatticen 3D såväl som tillfället att utföra posta-enhet ändringar. För anföra som exempel, om nanoparticles anknytas i en superlattice genom att använda en reconfigurable DNA-apparat, det interparticle distanserar kan vara den kopplade ”på-begäran” som7 använder molekylära stimuli, och enkel DNA strandar.

Frånsett monterande miljoner av nanoparticles in i enheter 3D, är den ett ganska fördelaktigt som fabricerar exakt strukturerat, samla i en klunga av flera partiklar. Strukturera, ny materiell rekvisita kan dyka upp, När några nanoparticles är ordnade i en detalj. Nanoparticles i detta fall är motsvarande till atoms, som, när du förbinds i en molekyl, ofta utställningsrekvisita som inte finnas i individatomsna.

Konventionella lösning-baserade metoder resulterar typisk i en bred befolkning av multimers av samla i en klunga; dessutom begränsas effektiviteten av fabriceringen. Engenomgång metod har för en tid sedan visats för fabriceringen av samla i en klunga genom att använda DNA-kodade nanoparticles som är församlade på en fast service via erkännande8. Detta att närma sig låter konstruktionen av nanoparticlen samla i en klunga med en kickavkastning. Genom Att Använda denna metod som två-är del- samla i en klunga har fabricerats från guld- och försilvrar partiklar för att undersöka deras optiska rekvisita. Mer komplex strukturerar att innehålla flera typer av nano-anmärker med reglerat inter-anmärker placerar kan vara församlat genom att använda detta att närma sig.

Forskning på den programmerbara själv-enheten av nanosystems lovar för att komma med en ny paradigm i förhållande till fabriceringen av material och apparater. Även Om viktigt framsteg är tydligt, ha som huvudämne flera utmaningar behöver fortfarande att förstås och lösas: (I) hur dela upp i faktorer man balanserar selektiva biologiska växelverkan och non-selektiv läkarundersökning; hur man programmerar ett globalt strukturera av ett system genom att använda kodningstekniker för individdelar, (ii); (iii) hur man genomför fel-korrigering i den processaa själv-enheten.

 


Hänvisar till

1. Seeman N.C. DNA i en sinnevärld. Natur 421, 427-431 (2003)
2. C.A. Mirkin, R.L. Letsinger, R.C. Mucic och J.J. Storhoff, ”Enbaserad metod för rationally att montera nanoparticles Natur 382, 607 in i för macroscopic material” (1996); A.P. Alivisatos, K.P. Johnsson, X.G. Peng, T.E. Wilson, C.J. Loweth, M.P. Bruchez och P.G. Schultz, ”Organisation av ”nanocrystal molekyl Natur 382, 609 för användande DNA” (1996).
3. A. Granskar V. Tkachenko, ”Morfologisk mångfald av dencolloidal själv-enheten” Läkarundersökningen Märker 89, 148303 (2002)
4. Y. Märker Y. Pinto, J.D. Le, N.C. Seeman, K. Musier-Forsyth, T.A. Taton och R.A. Kiehl, ”denKodade själv-enheten av multipel-nanocomponentsamlingar vid den 2D Nano DNA-material till byggnadsställning” 5, 2399 (2005); Zhang, J.P., Liu, Y., Ke, Y.G. & Yan, samlingar för den H. Periodisk kvadrera-något liknande guld- nanoparticle templated vid själv-församlade 2D DNA-nanogrids på en ytbehandla. Nano Lett. 6 248_251 (2006); Deng, Z.X., Tian, Y., Lee, S.H., Ribbe, A.E. & Mao, C.D. DNA-kodade själv-enheten av guld- nanoparticles in i en-dimensionella samlingar. Angew. Chem. Int. Ed. 44 3582 (2005)
5. D. DNA-vägledde Nykypanchuk, M.M. Maye, D. skåpbil der Lelie och O. Liga, ”kristallisering av colloidal nanoparticles”, Natur 451, 549 (2008); S.Y. Parkera, A.K.R. Lytton-Jean, B. Lee, S. Weigand, G.C. Schatz, C.A. Mirkin, ”DNA-Programmerbar NanoparticleKristallisering,” Natur 451, 553 (2008)
6. H. Arrangerar Gradvis M. Xiong, D. skåpbil der Lelie och O. Liga, ”Uppförande av Nanoparticles som är Församlat vid DNA-Linkers”, Läkarundersökningen Granskar Märker 102, 015504 (2009).
7. M. ytbehandlar M. Maye, D. Nykypanchuk, M. Cusiner, D. skåpbil der Lelie och O. Liga, ”Stepwise kodningen för kick-genomgång enhet av nanoclusters”, NaturMaterial, 8, 388 (2009)
8. M. Samla i en klunga M. Maye, K. Mudalidge, D. Nykypanchuk, W. Sherman och O. Liga ”Molecularly Switchable NanoparticleSuperlattices och med Binärt Påstår”, NaturNanotechnology, DOI: 10.1038/nnano.2009.378

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Dr Oleg Liga (det Brookhaven MedborgareLaboratoriumet)

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

Last Update: 14. June 2013 01:59

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