Wissenschaftler an der US-Abteilung von das Brookhaven- (DOE)Nationalem Laboratorium der Energie berichten über die erste erfolgreiche Montage von 3-D Mehrkomponenten- nanoscale Zellen mit melodischen optischen Eigenschaften, die lichtes-absorbierend enthalten und - Ausstrahlen von Partikeln.
Diese Arbeit, unter Verwendung synthetischer DNS als programmierbares Bauteil, zum der nanoparticles zu verbinden, zeigt die Vielseitigkeit der DNS-basierten Nanotechnologie für die Fälschung von Funktionsklassen von Materialien, besonders die optische, mit möglichen Anwendungen in den Sonnenenergieumwandlungseinheiten, in den Fühlern und in nanoscale Schaltungen. Die Forschung wurde online Am 29. September 2010, im Zapfen NanoLetters veröffentlicht.
BNL-Wissenschaftler verwendeten DNS-Verknüpfungsprogramme mit drei Bindungsstellen (Schwarz„Zeichenketten ") um Gold-nanoparticles (orange und rote Kugeln) und die Moleküle der Leuchtstofffarbe (blaue Kugeln) anzuschließen mit Warnschild versehen mit ergänzenden DNA-Sequenzen. Diese Geräte werden selbst-zusammengebaut, um ein Gehäusemitte Kubikgitter mit nanoparticles an den Ecken und in der Mitte und Moleküle der Leuchtstofffarbe in-between zu bilden.
„Zum ersten Mal haben wir eine Strategie für die Einheit von 3-D demonstriert, gut definiert, optisch aktive Zellen unter Verwendung der DNS kodierten Bauteile von verschiedenen Baumustern,“ sagte Oleg-Gruppe des führenden Autors von Brookhavens Mitte für FunktionsNanomaterials (CFN). Wie frühere Arbeit durch Gruppe und seine Kollegen, nutzt diese Technik die hohe Besonderheit des Bindens aus, zwischen ergänzenden Strängen von DNS, zum von Partikeln auf eine genaue Art zusammen zu verbinden.
In der aktuellen Studie hatten die DNS-Verknüpfungsprogrammmoleküle drei Bindungsstellen. Die zwei Enden der Stränge wurden konstruiert, um an ergänzende Stränge auf „plasmonic“ Gold-nanoparticles zu binden - die Partikel, in denen eine bestimmte Wellenlänge der Leuchte eine Kollektivoszillation der leitfähigen Elektronen verursacht und führten zu starke Absorption der Leuchte an dieser Wellenlänge. Das interne Teil jedes DNS-Verknüpfungsprogramms wurde codiert, um einen ergänzenden Strang zu erkennen, der chemisch zu einem Molekül der Leuchtstofffarbe gesprungen wurde. Diese Installation ergab im Selbstbau von 3-D raumzentrierten Kubik- kristallenen Zellen mit den Gold-nanoparticles, die in-between an jeder Ecke des Würfels gelegen sind und die Mitte, mit Farbenmolekülen in definierten Stellungen.
Die Wissenschaftler zeigten auch, dass die zusammengebauten Zellen dynamisch justiert werden können, indem man die Salzkonzentration der Lösung ändert, in der sie gebildet werden. Änderungen in der Salzigkeit ändern die Länge der negativ - belasteten DNS-Moleküle und führen zu umschaltbare Kontraktion und Reihenentwicklung des ganzen Gitters durch ungefähr 30 Prozent in der Länge.
„Es ist lang, dass der Abstand zwischen Metall-nanoparticles und zusammengepaßten Farbenmolekülen die optischen Eigenschaften der letzteren beeinflussen kann,“ sagte Matthew Sfeir, Mitverfasser und ein optischer Wissenschaftler am CFN verstanden worden. In diesem Experiment ließen die Reihenentwicklung und die Kontraktion des Kristallgitters, das durch die Änderungen in der Salzkonzentration gestartet wurde, eine drastische Modulation einer optischen Antwort zu: eine dreifache Zunahme der Emissionskinetik der Leuchtstoffmoleküle wurde beobachtet.
Diese Ergebnisse waren unter Verwendung einer Kombination des kleinen Winkelröntgenstrahlzerstreuens Brookhavens an der Nationales Synchroton-Lichtquelle und (NSLS) an zeit-entschlossenen Leuchtstoffmethoden am CFN entschlossen. „Diese Kombination von Synchroton-basierten strukturellen Methoden und zeit-entschlossene optische Abbildungstechniken stellte unschätzbaren direkten Einblick in das Verhältnis zwischen der Zelle zur Verfügung und den Fluoreszenzneigungen dieser lichtemittierenden Reihen,“ sagte Gang.
„Unsere Studie behandelt wichtige Fragen über den Selbstbau von Anlagen von den Bauteilen von mehrfachen Baumustern. Solche Anlagen zulassen möglicherweise die Modulation von Eigenschaften von einzelnen Bauteilen und führten möglicherweise zu das Auftauchen des neuen Verhaltens wegen der Kollektiveffekte. Dieser Einheitsanflug kann angewendet werden, um solches Kollektivverhalten von dreidimensionalen Nano--optischen Reihen zu erforschen - zum Beispiel, der Einfluss des plasmonic Gitters auf Quantumspunkte.
„Ein Verständnis dieser Interaktionen würde für das Entwickeln von neuen optischen Materialien für photo-voltaisches, photocatalysis, die Datenverarbeitung und die lichtemittierenden Anwendungen relevant sein. Wir haben jetzt einen Anflug, zum dieser Zellen zu machen und dieser Effekte weiter zu studieren.“
Diese Forschung wurde durch das DAMHIRSCHKUH Büro der Wissenschaft finanziert. Zusätzlich zur Gruppe und zu Sfeir war Huiming Xiong der CFN- und Zangen-Universität Shanghais Jiao ein Mitverfasser auf dieser Arbeit.
Die Mitte für FunktionsNanomaterials an BNL ist eins der fünf DAMHIRSCHKUH Nanoscale-Wissenschafts-Forschungszentren, erste nationale Leistungsmerkmale für interdisziplinäre Forschung am nanoscale, die durch das DAMHIRSCHKUH Büro der Wissenschaft unterstützt werden. Zusammen enthalten das NSRCs eine Reihe von den ergänzenden Teildiensten, die Forscher mit hochmodernen Fähigkeiten versehen, um zu fabrizieren, aufzubereiten, zu kennzeichnen und vorbildlichen nanoscale Materialien, und die größte Infrastruktur-Investition der Nationalen Nanotechnologie-Initiative festzusetzen. Das NSRCs befinden sich an nationalen Laboratorien des Argonne, des Brookhaven, des Lawrence Berkeley, des Oak Ridges und des Sandia und des Los Alamos der DAMHIRSCHKUH.