Los Científicos en el Ministerio de los E.E.U.U. de Laboratorio (DOE) Nacional de Brookhaven de la Energía señalan el primer ensamblaje acertado de las estructuras de varios componentes tridimensionales del nanoscale con las propiedades ópticas armoniosas que incorporan la luz-absorción y - emisión de partículas.
Este trabajo, usando la DNA sintetizada como componente programable para conectar los nanoparticles, demuestra la flexibilidad de la nanotecnologÃa DNA-basada para la fabricación de clases funcionales de los materiales, determinado los ópticos, con aplicaciones posibles en dispositivos de la conversión, sensores, y circuitos de energía solar del nanoscale. La investigación fue publicada el 29 de septiembre de 2010 en línea, en el gorrón NanoLetters.
Los científicos de BNL utilizaron máquinas para hacer chorizos de la DNA con tres puntos de enlace (cadenas del negro las “") para conectar los nanoparticles del oro (esferas anaranjadas y rojas) y las moléculas de tinte fluorescente (esferas azules) marcadas con etiqueta con series complementarias de la DNA. Estas unidades uno mismo-se ensamblan para formar un cedazo cúbico del cuerpo-centro con los nanoparticles en las esquinas y en el centro, y las moléculas de tinte fluorescente mientras tanto.
“Hemos demostrado Por primera vez una estrategia para el ensamblaje de tridimensional, bien definido, ópticamente estructuras activas usando los componentes codificados DNA de diversos tipos,” dijo a la Cuadrilla de Oleg del autor importante del Centro de Brookhaven para los Nanomaterials Funcionales (CFN). Como trabajo anterior de la Cuadrilla y de sus colegas, esta técnica hace uso de la alta especificidad de atar entre los hilos complementarios de la DNA para conectar partículas juntas de una manera exacta.
En el estudio actual, las moléculas de la máquina para hacer chorizos de la DNA tenían tres puntos de enlace. Los dos extremos de los hilos fueron diseñados para atar a los hilos complementarios en los nanoparticles “plasmonic” del oro - las partículas en las cuales una longitud de onda determinada de la luz induce una oscilación colectiva de los electrones conductores, llevando a la amortiguación fuerte de la luz en esa longitud de onda. La parte interna de cada máquina para hacer chorizos de la DNA fue cifrada para reconocer un hilo complementario químicamente limitado a una molécula de tinte fluorescente. Este ajuste dio lugar al uno mismo-ensamblaje de estructuras cristalinas cúbicas centradas cuerpo tridimensional con los nanoparticles del oro situados en cada esquina del cubo y en el centro, con las moléculas de tinte en las posiciones definidas mientras tanto.
Los científicos también demostraron que las estructuras ensambladas pueden ser sintonizadas dinámicamente alterando la concentración de la sal de la solución en la cual se forman. Los Cambios en salinidad alteran la longitud negativo - de las moléculas cargadas de la DNA, llevando a la contracción y a la extensión reversibles del cedazo entero por el cerca de 30 por ciento de largo.
“Se ha entendido de largo que la distancia entre los nanoparticles del metal y las moléculas de tinte emparejadas puede afectar a las propiedades ópticas de estes último,” dijo a Matthew Sfeir, co-autor y científico óptico en el CFN. En este experimento, la extensión y la contracción del cedazo cristalino accionado por los cambios en la concentración de la sal permitieron una modulación dramática de una reacción óptica: un aumento triple en el índice de la emisión de las moléculas fluorescentes fue observado.
Estos resultados eran resueltos usando una combinación de pequeño dispersar de radiografía del ángulo en la Fuente De Luz Del Sincrotrón Nacional de Brookhaven (NSLS) y los métodos fluorescentes tiempo-resueltos en el CFN. “Esta combinación de métodos estructurales sincrotrón-basados y las técnicas de proyección de imagen ópticas tiempo-resueltas proporcionó a discernimiento directo inestimable en el lazo entre la estructura y las propiedades fluorescentes de estas matrices luminescentes,” Gang dijo.
“Nuestro estudio aborda preguntas importantes sobre el uno mismo-ensamblaje de sistemas de los componentes de tipos múltiples. Tales sistemas potencialmente permiten la modulación de las propiedades de componentes individuales, y pudieron llevar a la aparición del nuevo comportamiento debido a los efectos colectivos. Esta aproximación del ensamblaje se puede aplicar para explorar tal comportamiento colectivo de matrices nano-ópticas tridimensionales - por ejemplo, la influencia del cedazo plasmonic en puntos del quantum.
“Una comprensión de estas acciones recíprocas sería relevante para desarrollar los materiales ópticos nuevos para fotovoltaico, el photocatalysis, calcular, y las aplicaciones luminescentes. Ahora tenemos una aproximación para hacer estas estructuras y para estudiar más lejos estos efectos.”
Esta investigación fue financiada por la Oficina de la GAMA de la Ciencia. Además de Cuadrilla y de Sfeir, Huiming Xiong de la Universidad del CFN y de las Tenazas de Shangai Jiao era co-autor en este trabajo.
El Centro para los Nanomaterials Funcionales en BNL es uno de los cinco Centros de Investigación de la Ciencia de Nanoscale de la GAMA, los recursos nacionales primeros del utilizador para la investigación interdisciplinaria en el nanoscale que son utilizados por la Oficina de la GAMA de la Ciencia. Junto el NSRCs comprende una habitación de los recursos complementarios que proveen de investigadores capacidades avanzadas para fabricar, para tramitar, para caracterizar y materiales modelo del nanoscale, y constituir la inversión más grande de la infraestructura de la Iniciativa Nacional de la NanotecnologÃa. El NSRCs está situado en los laboratorios nacionales de Argonne, de Brookhaven, de Lorenzo Berkeley, de la Oak Ridge y de Sandia y de Los Alamos de la GAMA.