מדענים משרד החוץ האמריקני (DOE) האנרגיה של המעבדה הלאומית ברוקהייבן הדו"ח הרכבה המוצלח הראשון של 3-D multi-רכיב מבנים ננומטריים עם תכונות אופטיות מתכונן המשלבים אור קליטת פולטות חלקיקים.
עבודה זו, באמצעות דנ"א סינתטי כמרכיב לתכנות הקישור חלקיקים, ממחישה את הרבגוניות של DNA ננוטכנולוגיה המבוססת על ייצור של כיתות תפקודית של חומרים, בעיקר אלה אופטי, עם יישומים אפשריים אנרגיה סולרית התקני המרה, חיישנים ננומטריים מעגלים. המחקר פורסם במהדורה המקוונת 29 ספטמבר 2010, ב NanoLetters העת.
המדענים השתמשו BNL linkers DNA עם שלושה אתרי קישור (שחור "מיתרים") כדי להתחבר חלקיקי זהב (כתום ותחומי אדום) מולקולות צבע פלואורסצנטי (תחומי כחול) מתוייגים עם רצפי DNA משלימים. יחידות אלו עצמית התאספו כדי ליצור סריג הגוף מרכז מעוקב עם חלקיקים בפינות ובמרכז, מולקולות צבע פלואורסצנטי שביניהם.
"בפעם הראשונה יש לנו הפגינו אסטרטגיה הרכבה של 3-D, מוגדרים היטב, מבנים פעילים אופטית באמצעות רכיבי ה-DNA מקודד מסוגים שונים", אמר המחבר הראשי של אולג גאנג של ברוקהייבן מרכז עבור ננו פונקציונלית (CFN). כמו עבודה קודמת על ידי כנופיית ועמיתיו, טכניקה זו עושה שימוש סגוליות גבוהה של מחייב בין גדילים משלימים של DNA לקשר חלקיקים יחד בצורה מדויקת.
במחקר הנוכחי, והמקשר מולקולות דנ"א שלושה אתרי קישור. שני הקצוות של חוטי נועדו כדי לאגד גדילים משלימים על חלקיקים "plasmonic" זהב - חלקיקים אשר גל מסוים של אור משרה תנודה הקולקטיבית של האלקטרונים מוליך, המוביל קליטה חזקה של אור באורך גל זה. החלק הפנימי של כל אחד מקשר ה-DNA מקודד היה להכיר גדיל משלים קשור כימית מולקולה צבע פלואורסצנטי. ההתקנה זה הביא הרכבה עצמית של הגוף 3-D מרוכז מבנים גבישיים מעוקב עם חלקיקי זהב הממוקמים בכל פינה של הקובייה ובמרכז, עם מולקולות צבע בעמדות שהוגדרו בין.
המדענים הראו גם כי מבנים מורכבים יכול להיות מכוון בצורה דינמית על ידי שינוי ריכוז המלח של הפתרון שבו הם נוצרו. שינויים מליחות לשנות את אורך של מולקולות ה-DNA מטען שלילי, מה שמוביל הפיך התכווצות והתרחבות של הסריג כולו בכ 30 אורך.
"זה כבר זמן רב להבין כי המרחק בין חלקיקי מתכת מולקולות צבען לזווג יכול להשפיע על התכונות האופטיות של האחרון," אמר מתיו צפיר, שותף לכתיבה מדען אופטי CFN. בניסוי זה, התרחבות והתכווצות של הסריג הגבישי מופעלת על ידי שינויים בריכוז מלח מותר אפנון דרמטית התגובה אופטי: גידול של פי שלושה שיעור הפליטה של מולקולות ניאון נצפתה.
תוצאות אלו נקבעו באמצעות שילוב של פיזור קטן זווית צילום רנטגן בבית של ברוקהייבן Synchrotron הלאומי מקור אור (NSLS) זמן לפתור שיטות פלורסנט ב CFN. "זה שילוב של synchrotron שיטות מבוססות מבניים זמן לפתור טכניקות הדמיה אופטית סיפק תובנה רבת ערך ישיר למערכת היחסים בין מבנה ותכונות הניאון של מערכים אלה פולטות אור", אמר גאנג.
"המחקר שלנו מתמודד עם שאלות חשובות לגבי הרכבה עצמית של מערכות מרכיבים מסוגים רבים. מערכות כאלה שעלולים לאפשר אפנון של המאפיינים של רכיבים בודדים, והוא עשוי להוביל הופעתה של התנהגות חדשה בשל תופעות קולקטיבית. גישה זו הרכבה יכול להיות מיושם כדי לחקור את ההתנהגות הקולקטיבית כזה של תלת ממדי מערכים ננו אופטי - לדוגמה, את ההשפעה של הסריג plasmonic על נקודות קוונטיות.
"הבנה של אינטראקציות אלה יהיו רלוונטיים לפיתוח חומרים אופטיים הרומן photocatalysis פוטו, מחשוב, פולטות אור יישומים. עכשיו יש לנו גישה כדי להפוך את המבנים האלה עוד יותר ללמוד את ההשפעות הללו. "