Les Scientifiques au Ministère De L'énergie des États-Unis le Laboratoire (DOE) National de Brookhaven Enregistrent le premier assemblage réussi des structures à plusieurs éléments à trois dimensions de nanoscale avec les propriétés optiques réglables qui comportent la lumière-absorption et - émettre des particules.
Ce travail, utilisant l'ADN synthétique comme composant programmable pour joindre les nanoparticles, explique la souplesse de la nanotechnologie ADN-basée pour la fabrication des classes fonctionnelles des matériaux, en particulier les optiques, avec des applications possibles dans les dispositifs de conversion, les senseurs, et des circuits à énergie solaire de nanoscale. La recherche a été publiée en ligne Le 29 septembre 2010, dans le tourillon NanoLetters.
Les scientifiques de BNL avaient l'habitude des éditeurs de liens d'ADN avec trois accepteurs (chaînes de caractères de noir des « ") pour connecter des nanoparticles d'or (sphères oranges et rouges) et des molécules de teinture fluorescentes (sphères bleues) étiquetées avec des séquences d'ADN complémentaire. Ces ensembles auto-sont assemblés pour former un réseau cubique de fuselage-centre avec des nanoparticles aux coins et au centre, et les molécules de teinture fluorescentes dans l'intervalle.
« Pour la première fois nous avons expliqué une stratégie pour l'assemblage d'à trois dimensions, bien défini, optiquement structures actives utilisant les composants encodés par ADN de différents types, » a dit la Bande d'Oleg d'auteur important du Centre de Brookhaven pour les Nanomaterials Fonctionnels (CFN). Comme les premiers travaux à côté de la Bande et de ses collègues, cette technique se sert de la spécificité élevée de gripper entre les brins d'ADN complémentaires pour joindre des particules ensemble d'une voie précise.
Dans l'étude actuelle, les molécules d'éditeur de liens d'ADN ont eu trois accepteurs. Les deux extrémités des torons ont été conçues pour gripper aux torons complémentaires sur les nanoparticles « plasmonic » d'or - les particules dans lesquelles une longueur d'onde particulière de la lumière induit une vibration collective des électrons conducteurs, menant à l'absorption intense de la lumière à cette longueur d'onde. La partie interne de chaque éditeur de liens d'ADN a été codée pour identifier un toron complémentaire chimiquement lié à une molécule de teinture fluorescente. Cette installation a eu en en kit des structures cristallines cubiques centrées par fuselage à trois dimensions avec des nanoparticles d'or situés à chaque coin du cube et comme conséquence le centre, avec des molécules de teinture aux positions définies dans l'intervalle.
Les scientifiques ont également expliqué que les structures assemblées peuvent être dynamiquement ajustées en modifiant la concentration en sel de la solution dans laquelle elles sont formées. Les Changements de la salinité modifient la longueur négativement - des Molécules d'ADN chargées, menant à la contraction réversible et à l'extension du réseau entier par environ 30 pour cent de longueur.
« On l'a longtemps compris Que la distance entre les nanoparticles en métal et les molécules de teinture appareillées peut affecter les propriétés optiques de ce dernier, » a dit Matthew Sfeir, co-auteur et un scientifique optique à la FORCE MIXTE DE L'OTAN. Dans cette expérience, l'extension et la contraction du réseau cristallin déclenché par les changements de la concentration en sel ont tenu compte d'une modulation excessive d'une réaction optique : on a observé une augmentation triple des tarifs d'émission des molécules fluorescentes.
Ces résultats étaient déterminés utilisant une combinaison de la diffusion des rayons X sous petit angle à la Source Lumineuse Du Synchrotron National de Brookhaven (NSLS) et aux méthodes fluorescentes temps-resolved à la FORCE MIXTE DE L'OTAN. « Cette combinaison des méthodes structurelles synchrotron-basées et des techniques d'imagerie optiques temps-resolved a fourni l'analyse directe inestimable dans la relation entre la structure et les propriétés fluorescentes de ces alignements électroluminescents, » Gang a dit.
« Notre étude aborde des questions importantes au sujet de l'en kit des systèmes des composants des types multiples. De Tels systèmes tiennent compte potentiellement de la modulation des propriétés de différents composants, et pourraient mener à l'émergence du comportement neuf due aux effets collectifs. Cet élan d'assemblage peut être appliqué pour explorer un tel comportement collectif des alignements nano-optiques en trois dimensions - par exemple, l'influence du réseau plasmonic sur des points de tranche de temps.
« Une compréhension de ces interactions serait appropriée pour développer les matériaux optiques nouveaux pour photovoltaïque, le photocatalysis, calculer, et les applications électroluminescentes. Nous avons maintenant un élan pour effectuer ces structures et pour étudier davantage ces effets. »
Cette recherche a été financée par le Bureau de DAINE de la Science. En plus de la Bande et du Sfeir, Huiming Xiong de l'Université de FORCE MIXTE DE L'OTAN et de Pinces de Changhaï Jiao était un co-auteur sur ce travail.
Le Centre pour les Nanomaterials Fonctionnels à BNL est l'un des cinq Centres de Recherche de la Science de Nanoscale de DAINE, les installations nationales premières d'utilisateur pour la recherche interdisciplinaire au nanoscale qui sont supportées par le Bureau de DAINE de la Science. Ensemble le NSRCs comportent une suite des installations complémentaires qui fournissent à des chercheurs des capacités de pointe pour fabriquer, traiter, caractériser et des matériaux modèles de nanoscale, et constituer le plus grand investissement d'infrastructure de l'Initiative Nationale de Nanotechnologie. Le NSRCs sont situés aux laboratoires nationaux d'Argonne, de Brookhaven, de Lawrence Berkeley, d'Oak Ridge et de Sandia et de Los Alamos de la DAINE.