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在多成分的納諾結構的可編程序的自集合

由 Oleg Gang 博士

Oleg 博士幫會,組領導先鋒,軟和生物 Nanomaterials功能 Nanomaterials 中心Brookhaven 國家實驗室
對應的作者: ogang@bnl.gov

Nanoparticles 現在是可用的為各種各樣的材料和設備是有吸引力的,但是也要求新穎的製造方法利用 Nanoparticulates 有趣屬性的。

在系統基礎上自集合的途徑從各自的要素的幾乎提供極大的費用好處和製造魔術 「方便」與平版印刷的方法比較。 自集合技術可能也解決為常規石版印刷是內在地富挑戰性處理例如生產包含預製的納諾對象的 thee 尺寸結構或結構的任務。

相反地,自集合方法典型地有重大的限制: 他們允許相對地從相似的要素的簡單的結構的形成,并且他們很少允許系統一個合理的設計。 這個能力安排不同的 nanocomponents 到與特定結構的一個系統是啟用 nanosystems 許多湧現的功能屬性的一個關鍵需求。 因此這個問題產生,能這通過自集合達到?

圖 1。 可編程序的自集合的概念。 納諾要素多種類型 (lego 塊) 是由 「聰明的」膠漿,原生質 (例如,脫氧核糖核酸),處理的輸入要素如何配合,那導致最終結構的形成。

其中一個複雜系統的製造的有為的方法從多個類型要素的通過自集合在使用原生質基礎上。

原生質的並網到納諾對象設計裡提供一個機會分配在多種納諾要素之間的有選擇性的吸引力。 生物化子的編碼設立調控的規律不同的納諾對象如何彼此配合,并且最終結構如何出現。

一此途徑的最有吸引力的實施在使用脫氧核糖核酸基礎上,是化工穩定的,并且可以通過多種平均值綜合。 脫氧核糖核酸也提供高度編碼,并且可以便利地使用調整相互要素距離。

使用納米技術應用的脫氧核糖核酸由組 Ned 作早期工作在 Seeman,測試脫氧核糖核酸想法由乍得1Mirkin 組和保羅 Alivisatos 分支結構或者所謂的絞刑臺,和,顯示出,微粒的二種類型 functionalized 與補充脫氧核糖核酸可能互相認可2

由於另外的相互要素充電涉及的交往,多種分子交往,儘管生物可編程序的概念的外表清晰,生產從納諾對象的唯一確定的結構依然是挑戰,幾何和值圖線。 結果,複雜階段交往甚而為相對地簡單系統期望3

幾個組在兩 1-D 和第 2,該脫氧核糖核酸絞刑臺展示了,即與識別位點的脫氧核糖核酸模式,可以用於處理編碼微粒的附件在預先確定的站點上的。 4然而在三維數,一個不同的途徑是更加實用的,與所有這個相關信息的最終結構應該 「編程」使用脫氧核糖核酸主題附有納諾對象。

圖 2. () 從 nanoparticles 超晶格得到的小角度 X-射線分散模式裝配與脫氧核糖核酸。 (正確) 這個對應的結構,機體集中了立方點陣,形成由二個類型微粒,包含二補充脫氧核糖核酸; 脫氧核糖核酸取決於 interparticle 距離。

新發現向顯示某些脫氧核糖核酸主題可能的確導致高度組織的結構 - nanoparticles 水晶超晶格的形成與繁殖在十倍或數百的命令的顆粒大小5。 脫氧核糖核酸相位圖斡旋了實驗調查的集合向顯示有序度取決於脫氧核糖核酸殼,鏈接微粒和脫氧核糖核酸長度的脫氧核糖核酸的編號的詳細資料6

水晶集合熱力學上是可逆和溫度可調的,與機體微粒 (bcc)只佔用 ~3-5% 單位晶格的被集中的立方點陣。 例如,如果使用一個重新可配置的脫氧核糖核酸設備, nanoparticles 在超晶格被鏈接,使用分子刺激和簡單的脫氧核糖核酸子線, interparticle7 距離可以被切換 「在要求時」。

除聚集的百萬 nanoparticles 外到 3D 集合裡,製造幾個微粒精密地構建的字符串是相當有利的。 當一些 nanoparticles 在一個特殊結構時被安排,新的有形資產可能湧現。 Nanoparticles 在這種情況下是類似於原子,當連接在分子,經常在各自的原子沒找到的展覽屬性。

常規基於解決方法的方法典型地導致字符串 multimers 的主要的人口; 此外,製造效率是有限的。 高處理量方法為字符串的製造最近被展示了使用在一個載體裝配的脫氧核糖核酸編碼 nanoparticles 通過識別8。 此途徑允許納米顆粒字符串的建築與一個高產量的。 使用此方法,二要素字符串從金和銀微粒被製造檢查他們的光學性能。 使用此途徑,包含納諾對象的幾種類型與調控的相互對象位置的更加複雜的結構可以被裝配。

對 nanosystems 可編程序的自集合的研究承諾關於生產材料和設備帶來新的示例。 雖然重大的進展是明顯的,仍然需要瞭解和解決幾個主要挑戰: (i) 如何平衡有選擇性的生物交往和無選擇性的實際系數; 使用各自的要素的編碼技術 (ii) 如何編程系統的一個全球結構; (iii) 如何實施錯誤校正在自集合進程中。

 


參考

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7. M.M. Maye, D. Nykypanchuk, M. Cusiner, D. van der Lelie 和 O. Gang, 「nanoclusters 高處理量裝配的按步表面編碼」,本質材料, 8, 388 (2009)
8. M.M. Maye, K. Mudalidge, D. Nykypanchuk, W. 謝爾曼和 O. Gang 「分子可轉換的納米顆粒超晶格和字符串以二進制狀態」,本質納米技術, DOI :10.1038/nnano.2009.378

版權 AZoNano.com, Oleg Gang (Brookhaven 國家實驗室) 博士

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

Last Update: 14. June 2013 01:12

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