നാനോസൈസ്ഡ് മെറ്റീരിയൽ ഘടകങ്ങൾ അല്ലെങ്കിൽ "നാനോ-ഒബ്ജക്റ്റുകൾ", വളരെ വ്യത്യസ്തമായ തരത്തിലുള്ള - അജൈവമോ ജൈവികമോ - ആവശ്യമുള്ള 3-ഡി ഘടനകളിലേക്ക് കൂട്ടിച്ചേർക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്ലാറ്റ്ഫോം ശാസ്ത്രജ്ഞർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. സെൽഫ് അസംബ്ലി (എസ്എ) പല തരത്തിലുള്ള നാനോ മെറ്റീരിയലുകൾ സംഘടിപ്പിക്കാൻ വിജയകരമായി ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, ഈ പ്രക്രിയ വളരെ സിസ്റ്റം-നിർദ്ദിഷ്ടമാണ്, മെറ്റീരിയലുകളുടെ ആന്തരിക ഗുണങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി വ്യത്യസ്ത ഘടനകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു. നേച്ചർ മെറ്റീരിയലിൽ ഇന്ന് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു പേപ്പറിൽ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തതുപോലെ, അവരുടെ പുതിയ ഡിഎൻഎ-പ്രോഗ്രാം ചെയ്യാവുന്ന നാനോ ഫാബ്രിക്കേഷൻ പ്ലാറ്റ്ഫോം, നാനോ സ്കെയിലിൽ (ഒരു മീറ്ററിൻ്റെ കോടിക്കണക്കിന്) പലതരം 3-ഡി മെറ്റീരിയലുകൾ സംഘടിപ്പിക്കാൻ പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയും, അവിടെ അതുല്യമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ, കെമിക്കൽ. , മറ്റ് പ്രോപ്പർട്ടികൾ ഉയർന്നുവരുന്നു.
"പ്രായോഗിക ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി എസ്എ തിരഞ്ഞെടുക്കാനുള്ള ഒരു സാങ്കേതികതയല്ലാത്തതിൻ്റെ ഒരു പ്രധാന കാരണം, വ്യത്യസ്ത നാനോകോമ്പോണൻ്റുകളിൽ നിന്ന് സമാനമായ 3-ഡി ഓർഡർ അറേകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് ഒരേ എസ്എ പ്രോസസ്സ് വിശാലമായ മെറ്റീരിയലുകളിൽ പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ല എന്നതാണ്," അനുബന്ധ എഴുത്തുകാരൻ ഒലെഗ് ഗാംഗ് വിശദീകരിച്ചു. , സെൻ്റർ ഫോർ ഫംഗ്ഷണൽ നാനോ മെറ്റീരിയൽസ് (CFN) ലെ സോഫ്റ്റ് ആൻഡ് ബയോ നാനോ മെറ്റീരിയൽസ് ഗ്രൂപ്പിൻ്റെ നേതാവ് — ഒരു യു.എസ് ഊർജ്ജ വകുപ്പിൻ്റെ (DOE) ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻസ് യൂസർ ബ്രൂക്ക്ഹാവൻ നാഷണൽ ലബോറട്ടറിയിലെ സൗകര്യം - കൊളംബിയ എഞ്ചിനീയറിംഗിൽ കെമിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ്, അപ്ലൈഡ് ഫിസിക്സ് ആൻഡ് മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസ് എന്നിവയുടെ പ്രൊഫസറും. "ഇവിടെ, ലോഹങ്ങൾ, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ, പ്രോട്ടീനുകൾ, എൻസൈമുകൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെ വിവിധ അജൈവ അല്ലെങ്കിൽ ഓർഗാനിക് നാനോ ഒബ്ജക്റ്റുകൾ ഉൾക്കൊള്ളാൻ കഴിയുന്ന കർക്കശമായ പോളിഹെഡ്രൽ ഡിഎൻഎ ഫ്രെയിമുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌ത് ഞങ്ങൾ SA പ്രക്രിയയെ മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങളിൽ നിന്ന് വേർപെടുത്തി."
ഒരു ക്യൂബ്, ഒക്ടാഹെഡ്രോൺ, ടെട്രാഹെഡ്രോൺ എന്നിവയുടെ ആകൃതിയിലുള്ള സിന്തറ്റിക് ഡിഎൻഎ ഫ്രെയിമുകളാണ് ശാസ്ത്രജ്ഞർ തയ്യാറാക്കിയത്. ഫ്രെയിമുകൾക്കുള്ളിൽ ഡിഎൻഎ "ആയുധങ്ങൾ" ഉണ്ട്, അത് കോംപ്ലിമെൻ്ററി ഡിഎൻഎ സീക്വൻസുള്ള നാനോ ഒബ്ജക്റ്റുകൾക്ക് മാത്രമേ ബന്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയൂ. ഈ മെറ്റീരിയൽ വോക്സലുകൾ - ഡിഎൻഎ ഫ്രെയിമിൻ്റെയും നാനോ ഒബ്ജക്റ്റിൻ്റെയും സംയോജനം - മാക്രോസ്കെയിൽ 3-ഡി ഘടനകൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയുന്ന നിർമ്മാണ ബ്ലോക്കുകളാണ്. ഫ്രെയിമുകൾ അവയുടെ ലംബങ്ങളിൽ എൻകോഡ് ചെയ്‌തിരിക്കുന്ന കോംപ്ലിമെൻ്ററി സീക്വൻസുകൾക്ക് അനുസൃതമായി ഏത് തരത്തിലുള്ള നാനോ ഒബ്‌ജക്റ്റ് ഉള്ളിലുണ്ട് (അല്ലെങ്കിൽ ഇല്ലെങ്കിലും) പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു. അവയുടെ ആകൃതിയെ ആശ്രയിച്ച്, ഫ്രെയിമുകൾക്ക് വ്യത്യസ്ത എണ്ണം ലംബങ്ങളുണ്ട്, അങ്ങനെ തികച്ചും വ്യത്യസ്തമായ ഘടനകൾ രൂപപ്പെടുന്നു. ഫ്രെയിമുകൾക്കുള്ളിൽ ഹോസ്റ്റ് ചെയ്‌തിരിക്കുന്ന ഏതൊരു നാനോ ഒബ്‌ജക്റ്റും ആ പ്രത്യേക ഫ്രെയിം ഘടന സ്വീകരിക്കുന്നു.
അവരുടെ അസംബ്ലി സമീപനം തെളിയിക്കാൻ, ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഡിഎൻഎ ഫ്രെയിമുകൾക്കുള്ളിൽ സ്ഥാപിക്കേണ്ട അജൈവവും ഓർഗാനിക്തുമായ നാനോ വസ്തുക്കളായി ലോഹ (സ്വർണം), അർദ്ധചാലക (കാഡ്മിയം സെലിനൈഡ്) നാനോ കണങ്ങളും ഒരു ബാക്ടീരിയ പ്രോട്ടീനും (സ്ട്രെപ്റ്റാവിഡിൻ) തിരഞ്ഞെടുത്തു. ആദ്യം, CFN ഇലക്‌ട്രോൺ മൈക്രോസ്‌കോപ്പി ഫെസിലിറ്റിയിലും ബയോളജിക്കൽ സാമ്പിളുകൾക്കായി ക്രയോജനിക് താപനിലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഒരു കൂട്ടം ഉപകരണങ്ങൾ ഉള്ള വാൻ ആൻഡെൽ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ടിലും ഇലക്‌ട്രോൺ മൈക്രോസ്‌കോപ്പുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഇമേജിംഗ് നടത്തി ഡിഎൻഎ ഫ്രെയിമുകളുടെ സമഗ്രതയും മെറ്റീരിയൽ വോക്‌സലുകളുടെ രൂപീകരണവും അവർ സ്ഥിരീകരിച്ചു. അവർ പിന്നീട് നാഷണൽ സിൻക്രോട്രോൺ ലൈറ്റ് സോഴ്സ് II (എൻഎസ്എൽഎസ്-II) ൻ്റെ കോഹറൻ്റ് ഹാർഡ് എക്സ്-റേ സ്കാറ്ററിംഗ്, കോംപ്ലക്സ് മെറ്റീരിയൽസ് സ്കാറ്ററിംഗ് ബീംലൈനുകളിലെ 3-ഡി ലാറ്റിസ് ഘടനകൾ പരിശോധിച്ചു - ബ്രൂക്ക്ഹാവൻ ലാബിലെ മറ്റൊരു DOE ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻസ് യൂസർ ഫെസിലിറ്റി. കൊളംബിയ എഞ്ചിനീയറിംഗ് ബൈഖോവ്സ്കി കെമിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ് പ്രൊഫസർ സനത് കുമാറും സംഘവും കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ മോഡലിംഗ് നടത്തി, പരീക്ഷണാടിസ്ഥാനത്തിൽ നിരീക്ഷിച്ച ലാറ്റിസ് ഘടനകൾ (എക്സ്-റേ സ്കാറ്ററിംഗ് പാറ്റേണുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി) മെറ്റീരിയൽ വോക്സലുകൾ രൂപപ്പെടുത്താൻ കഴിയുന്ന ഏറ്റവും തെർമോഡൈനാമിക് സ്ഥിരതയുള്ളവയാണെന്ന് വെളിപ്പെടുത്തി.
"ആറ്റങ്ങളിൽ നിന്നും (തന്മാത്രകളിൽ നിന്നും) അവ രൂപപ്പെടുന്ന പരലുകളിൽ നിന്നും ഉരുത്തിരിഞ്ഞ ആശയങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാൻ തുടങ്ങാനും ഈ വലിയ അറിവും ഡാറ്റാബേസും നാനോ സ്കെയിലിൽ താൽപ്പര്യമുള്ള സിസ്റ്റങ്ങളിലേക്ക് പോർട്ട് ചെയ്യാനും ഈ മെറ്റീരിയൽ വോക്സലുകൾ ഞങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു," കുമാർ വിശദീകരിച്ചു.
കെമിക്കൽ, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫംഗ്‌ഷനുകളുള്ള രണ്ട് വ്യത്യസ്ത തരം മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഓർഗനൈസേഷൻ നയിക്കാൻ അസംബ്ലി പ്ലാറ്റ്ഫോം എങ്ങനെ ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് കൊളംബിയയിലെ ഗാംഗിൻ്റെ വിദ്യാർത്ഥികൾ പ്രദർശിപ്പിച്ചു. ഒരു സാഹചര്യത്തിൽ, അവർ രണ്ട് എൻസൈമുകൾ ഒരുമിച്ച് കൂട്ടിച്ചേർക്കുകയും ഉയർന്ന പാക്കിംഗ് സാന്ദ്രതയുള്ള 3-ഡി അറേകൾ സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്തു. എൻസൈമുകൾ രാസപരമായി മാറ്റമില്ലാതെ തുടർന്നുവെങ്കിലും, എൻസൈമാറ്റിക് പ്രവർത്തനത്തിൽ അവ നാലിരട്ടി വർദ്ധനവ് കാണിച്ചു. കാസ്കേഡ് പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നതിനും രാസപരമായി സജീവമായ വസ്തുക്കളുടെ നിർമ്മാണം സാധ്യമാക്കുന്നതിനും ഈ "നാനോറിയാക്ടറുകൾ" ഉപയോഗിക്കാം. ഒപ്റ്റിക്കൽ മെറ്റീരിയൽ പ്രദർശനത്തിനായി, അവർ ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകളുടെ രണ്ട് വ്യത്യസ്ത നിറങ്ങൾ കലർത്തി - ഉയർന്ന വർണ്ണ സാച്ചുറേഷനും തെളിച്ചവും ഉള്ള ടെലിവിഷൻ ഡിസ്പ്ലേകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ചെറിയ നാനോക്രിസ്റ്റലുകൾ. ഒരു ഫ്ലൂറസെൻസ് മൈക്രോസ്കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ച് പകർത്തിയ ചിത്രങ്ങൾ, രൂപപ്പെട്ട ലാറ്റിസ് പ്രകാശത്തിൻ്റെ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പരിധിക്ക് (തരംഗദൈർഘ്യം) താഴെ വർണ്ണ പരിശുദ്ധി നിലനിർത്തുന്നതായി കാണിച്ചു; ഈ പ്രോപ്പർട്ടി വിവിധ ഡിസ്പ്ലേ, ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യകളിൽ കാര്യമായ റെസല്യൂഷൻ മെച്ചപ്പെടുത്താൻ അനുവദിക്കും.
“സാമഗ്രികൾ എങ്ങനെ രൂപപ്പെടുത്താമെന്നും അവ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുമെന്നും ഞങ്ങൾ പുനർവിചിന്തനം ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്,” ഗാങ് പറഞ്ഞു. “മെറ്റീരിയൽ പുനർരൂപകൽപ്പന ആവശ്യമായി വരില്ല; നിലവിലുള്ള സാമഗ്രികൾ പുതിയ രീതിയിൽ പാക്കേജുചെയ്യുന്നത് അവയുടെ ഗുണങ്ങൾ വർദ്ധിപ്പിക്കും. സാധ്യതയനുസരിച്ച്, ഞങ്ങളുടെ പ്ലാറ്റ്ഫോം വളരെ ചെറിയ സ്കെയിലുകളിലും കൂടുതൽ മെറ്റീരിയൽ വൈവിധ്യത്തിലും രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത കോമ്പോസിഷനുകളിലും മെറ്റീരിയലുകൾ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിന് '3-D പ്രിൻ്റിംഗ് നിർമ്മാണത്തിനപ്പുറം' ഒരു സാങ്കേതിക വിദ്യയായിരിക്കാം. വ്യത്യസ്ത മെറ്റീരിയൽ ക്ലാസുകളിലെ ആവശ്യമുള്ള നാനോ ഒബ്‌ജക്റ്റുകളിൽ നിന്ന് 3-ഡി ലാറ്റിസുകൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഒരേ സമീപനം ഉപയോഗിക്കുന്നത്, പൊരുത്തമില്ലാത്തവയായി കണക്കാക്കുന്നവയെ സംയോജിപ്പിച്ച്, നാനോ നിർമ്മാണത്തിൽ വിപ്ലവം സൃഷ്ടിക്കും.
DOE/Brookhaven നാഷണൽ ലബോറട്ടറി നൽകുന്ന മെറ്റീരിയലുകൾ. ശ്രദ്ധിക്കുക: ശൈലിക്കും ദൈർഘ്യത്തിനും വേണ്ടി ഉള്ളടക്കം എഡിറ്റ് ചെയ്‌തേക്കാം.
സയൻസ് ഡെയ്‌ലിയുടെ സൗജന്യ ഇമെയിൽ വാർത്താക്കുറിപ്പുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഏറ്റവും പുതിയ ശാസ്‌ത്ര വാർത്തകൾ, ദിവസേനയും ആഴ്‌ചതോറും അപ്‌ഡേറ്റ് ചെയ്യുക. അല്ലെങ്കിൽ നിങ്ങളുടെ RSS റീഡറിൽ മണിക്കൂർ തോറും അപ്‌ഡേറ്റ് ചെയ്യുന്ന വാർത്താ ഫീഡുകൾ കാണുക:
സയൻസ് ഡെയ്‌ലിയെക്കുറിച്ച് നിങ്ങൾ എന്താണ് ചിന്തിക്കുന്നതെന്ന് ഞങ്ങളോട് പറയുക - അനുകൂലവും പ്രതികൂലവുമായ അഭിപ്രായങ്ങളെ ഞങ്ങൾ സ്വാഗതം ചെയ്യുന്നു. സൈറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നതിൽ എന്തെങ്കിലും പ്രശ്നമുണ്ടോ? ചോദ്യങ്ങൾ?
പോസ്റ്റ് സമയം: ജൂലൈ-04-2022