നാനോസൈസ് ചെയ്ത മെറ്റീരിയൽ ഘടകങ്ങൾ, അല്ലെങ്കിൽ "നാനോ-വസ്തുക്കൾ", വളരെ വ്യത്യസ്ത തരം - അജൈവ അല്ലെങ്കിൽ ജൈവ - ആവശ്യമുള്ള 3-D ഘടനകളിലേക്ക് കൂട്ടിച്ചേർക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്ലാറ്റ്ഫോം ശാസ്ത്രജ്ഞർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്. പലതരം നാനോമെറ്റീരിയലുകൾ സംഘടിപ്പിക്കുന്നതിന് സെൽഫ്-അസംബ്ലി (SA) വിജയകരമായി ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, ഈ പ്രക്രിയ വളരെ സിസ്റ്റം-നിർദ്ദിഷ്ടമാണ്, വസ്തുക്കളുടെ ആന്തരിക ഗുണങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി വ്യത്യസ്ത ഘടനകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു. നേച്ചർ മെറ്റീരിയൽസിൽ ഇന്ന് പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഒരു പ്രബന്ധത്തിൽ റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തതുപോലെ, അവരുടെ പുതിയ ഡിഎൻഎ-പ്രോഗ്രാമബിൾ നാനോഫാബ്രിക്കേഷൻ പ്ലാറ്റ്ഫോം, നാനോസ്കെയിലിൽ (ഒരു മീറ്ററിന്റെ ശതകോടിയിലൊന്ന്) നിർദ്ദേശിച്ച രീതിയിൽ വിവിധ 3-D മെറ്റീരിയലുകൾ സംഘടിപ്പിക്കാൻ പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയും, അവിടെ അതുല്യമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ, കെമിക്കൽ, മറ്റ് ഗുണങ്ങൾ ഉയർന്നുവരുന്നു.
"പ്രായോഗിക പ്രയോഗങ്ങൾക്ക് SA തിരഞ്ഞെടുക്കേണ്ട ഒരു സാങ്കേതികതയല്ലാത്തതിന്റെ ഒരു പ്രധാന കാരണം, വ്യത്യസ്ത നാനോഘടകങ്ങളിൽ നിന്ന് സമാനമായ 3-D ഓർഡർ ചെയ്ത അറേകൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഒരേ SA പ്രക്രിയ വിശാലമായ മെറ്റീരിയലുകളിൽ പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ല എന്നതാണ്," ബ്രൂക്ക്ഹാവൻ നാഷണൽ ലബോറട്ടറിയിലെ യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്മെന്റ് ഓഫ് എനർജി (DOE) സയൻസ് യൂസർ ഫെസിലിറ്റി ഓഫീസായ സെന്റർ ഫോർ ഫങ്ഷണൽ നാനോമെറ്റീരിയൽസിലെ (CFN) സോഫ്റ്റ് ആൻഡ് ബയോ നാനോമെറ്റീരിയൽസ് ഗ്രൂപ്പിന്റെ നേതാവും കൊളംബിയ എഞ്ചിനീയറിംഗിലെ കെമിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗിന്റെയും അപ്ലൈഡ് ഫിസിക്സ് ആൻഡ് മെറ്റീരിയൽസ് സയൻസിന്റെയും പ്രൊഫസറുമായ ഒലെഗ് ഗാംഗ് വിശദീകരിച്ചു. "ലോഹങ്ങൾ, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ, പ്രോട്ടീനുകൾ, എൻസൈമുകൾ എന്നിവയുൾപ്പെടെ വിവിധ അജൈവ അല്ലെങ്കിൽ ഓർഗാനിക് നാനോ വസ്തുക്കളെ ഉൾക്കൊള്ളാൻ കഴിയുന്ന കർക്കശമായ പോളിഹെഡ്രൽ ഡിഎൻഎ ഫ്രെയിമുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തുകൊണ്ട് ഞങ്ങൾ SA പ്രക്രിയയെ മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങളിൽ നിന്ന് വേർപെടുത്തി."
ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഒരു ക്യൂബ്, ഒക്ടാഹെഡ്രോൺ, ടെട്രാഹെഡ്രോൺ എന്നിവയുടെ ആകൃതിയിലുള്ള സിന്തറ്റിക് ഡിഎൻഎ ഫ്രെയിമുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു. ഫ്രെയിമുകൾക്കുള്ളിൽ ഡിഎൻഎ "ആയുധങ്ങൾ" ഉണ്ട്, അവ പൂരക ഡിഎൻഎ ശ്രേണിയുള്ള നാനോ വസ്തുക്കൾക്ക് മാത്രമേ ബന്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയൂ. ഈ മെറ്റീരിയൽ വോക്സലുകൾ - ഡിഎൻഎ ഫ്രെയിമിന്റെയും നാനോ വസ്തുവിന്റെയും സംയോജനം - മാക്രോസ്കെയിൽ 3-ഡി ഘടനകൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയുന്ന നിർമ്മാണ ബ്ലോക്കുകളാണ്. ഫ്രെയിമുകൾ അവയുടെ ശീർഷകങ്ങളിൽ എൻകോഡ് ചെയ്തിരിക്കുന്ന പൂരക ശ്രേണികൾ അനുസരിച്ച് ഏത് തരത്തിലുള്ള നാനോ-വസ്തു അകത്തുണ്ടെന്നോ ഇല്ലെന്നോ പരിഗണിക്കാതെ പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു. അവയുടെ ആകൃതിയെ ആശ്രയിച്ച്, ഫ്രെയിമുകൾക്ക് വ്യത്യസ്ത എണ്ണം ശീർഷകങ്ങളുണ്ട്, അതിനാൽ പൂർണ്ണമായും വ്യത്യസ്തമായ ഘടനകൾ രൂപപ്പെടുന്നു. ഫ്രെയിമുകൾക്കുള്ളിൽ ഹോസ്റ്റ് ചെയ്തിരിക്കുന്ന ഏതൊരു നാനോ-വസ്തുവും ആ നിർദ്ദിഷ്ട ഫ്രെയിം ഘടന സ്വീകരിക്കുന്നു.
അസംബ്ലി സമീപനം പ്രകടിപ്പിക്കുന്നതിനായി, ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഡിഎൻഎ ഫ്രെയിമുകൾക്കുള്ളിൽ സ്ഥാപിക്കേണ്ട അജൈവ, ജൈവ നാനോ വസ്തുക്കളായി മെറ്റാലിക് (സ്വർണ്ണം), അർദ്ധചാലക (കാഡ്മിയം സെലിനൈഡ്) നാനോകണങ്ങൾ, ഒരു ബാക്ടീരിയൽ പ്രോട്ടീൻ (സ്ട്രെപ്റ്റാവിഡിൻ) എന്നിവ തിരഞ്ഞെടുത്തു. ആദ്യം, സിഎഫ്എൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി ഫെസിലിറ്റിയിലും ബയോളജിക്കൽ സാമ്പിളുകൾക്കായി ക്രയോജനിക് താപനിലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങളുടെ ഒരു കൂട്ടമുള്ള വാൻ ആൻഡൽ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ടിലും ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഇമേജിംഗ് നടത്തി ഡിഎൻഎ ഫ്രെയിമുകളുടെ സമഗ്രതയും മെറ്റീരിയൽ വോക്സലുകളുടെ രൂപീകരണവും അവർ സ്ഥിരീകരിച്ചു. തുടർന്ന് ബ്രൂക്ക്ഹാവൻ ലാബിലെ മറ്റൊരു ഡിഒഇ ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻസ് യൂസർ ഫെസിലിറ്റിയായ നാഷണൽ സിൻക്രോട്രോൺ ലൈറ്റ് സോഴ്‌സ് II (എൻഎസ്എൽഎസ്-II) യുടെ കോഹെറന്റ് ഹാർഡ് എക്സ്-റേ സ്‌കാറ്ററിംഗ് ആൻഡ് കോംപ്ലക്സ് മെറ്റീരിയൽസ് സ്‌കാറ്ററിംഗ് ബീംലൈനുകളിലെ 3-ഡി ലാറ്റിസ് ഘടനകൾ അവർ പരിശോധിച്ചു. കൊളംബിയ എഞ്ചിനീയറിംഗ് ബൈഖോവ്‌സ്‌കി കെമിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ് പ്രൊഫസർ സനത് കുമാറും സംഘവും കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ മോഡലിംഗ് നടത്തി, പരീക്ഷണാത്മകമായി നിരീക്ഷിച്ച ലാറ്റിസ് ഘടനകൾ (എക്സ്-റേ സ്‌കാറ്ററിംഗ് പാറ്റേണുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി) മെറ്റീരിയൽ വോക്സലുകൾക്ക് രൂപപ്പെടുത്താൻ കഴിയുന്ന ഏറ്റവും തെർമോഡൈനാമിക് സ്ഥിരതയുള്ളവയാണെന്ന് വെളിപ്പെടുത്തി.
"ഈ മെറ്റീരിയൽ വോക്സലുകൾ ആറ്റങ്ങളിൽ നിന്നും (തന്മാത്രകളിൽ നിന്നും) അവ രൂപപ്പെടുത്തുന്ന പരലുകളിൽ നിന്നും ഉരുത്തിരിഞ്ഞ ആശയങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാൻ തുടങ്ങാൻ ഞങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഈ വിശാലമായ അറിവും ഡാറ്റാബേസും നാനോസ്കെയിലിലെ താൽപ്പര്യമുള്ള സിസ്റ്റങ്ങളിലേക്ക് എത്തിക്കുന്നു," കുമാർ വിശദീകരിച്ചു.
കൊളംബിയയിലെ ഗാങ്ങിന്റെ വിദ്യാർത്ഥികൾ അസംബ്ലി പ്ലാറ്റ്ഫോം ഉപയോഗിച്ച് രണ്ട് വ്യത്യസ്ത തരം വസ്തുക്കളുടെ രാസ, ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രവർത്തനങ്ങളുടെ ഓർഗനൈസേഷൻ എങ്ങനെ നടത്താമെന്ന് പ്രദർശിപ്പിച്ചു. ഒരു സാഹചര്യത്തിൽ, അവർ രണ്ട് എൻസൈമുകൾ സഹ-അസംബിൾ ചെയ്തു, ഉയർന്ന പാക്കിംഗ് സാന്ദ്രതയുള്ള 3-D അറേകൾ സൃഷ്ടിച്ചു. എൻസൈമുകൾ രാസപരമായി മാറ്റമില്ലാതെ തുടർന്നെങ്കിലും, എൻസൈമാറ്റിക് പ്രവർത്തനത്തിൽ ഏകദേശം നാലിരട്ടി വർദ്ധനവ് അവർ കാണിച്ചു. കാസ്കേഡ് പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങൾ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നതിനും രാസപരമായി സജീവമായ വസ്തുക്കളുടെ നിർമ്മാണം സാധ്യമാക്കുന്നതിനും ഈ "നാനോറിആക്ടറുകൾ" ഉപയോഗിക്കാം. ഒപ്റ്റിക്കൽ മെറ്റീരിയൽ ഡെമോൺസ്‌ട്രേഷനായി, അവർ രണ്ട് വ്യത്യസ്ത നിറങ്ങളിലുള്ള ക്വാണ്ടം ഡോട്ടുകൾ കലർത്തി - ഉയർന്ന വർണ്ണ സാച്ചുറേഷനും തെളിച്ചവുമുള്ള ടെലിവിഷൻ ഡിസ്‌പ്ലേകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ചെറിയ നാനോക്രിസ്റ്റലുകൾ. ഫ്ലൂറസെൻസ് മൈക്രോസ്‌കോപ്പ് ഉപയോഗിച്ച് പകർത്തിയ ചിത്രങ്ങൾ, രൂപപ്പെട്ട ലാറ്റിസ് പ്രകാശത്തിന്റെ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പരിധിക്ക് (തരംഗദൈർഘ്യം) താഴെ വർണ്ണ പരിശുദ്ധി നിലനിർത്തുന്നുവെന്ന് കാണിച്ചു; ഈ പ്രോപ്പർട്ടി വിവിധ ഡിസ്‌പ്ലേ, ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യകളിൽ ഗണ്യമായ റെസല്യൂഷൻ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ അനുവദിച്ചേക്കാം.
“മെറ്റീരിയലുകൾ എങ്ങനെ രൂപപ്പെടുത്താമെന്നും അവ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്നും നാം പുനർവിചിന്തനം നടത്തേണ്ടതുണ്ട്,” ഗാങ് പറഞ്ഞു. “മെറ്റീരിയൽ പുനർരൂപകൽപ്പന ആവശ്യമായി വരില്ലായിരിക്കാം; നിലവിലുള്ള മെറ്റീരിയലുകൾ പുതിയ രീതിയിൽ പാക്കേജുചെയ്യുന്നത് അവയുടെ ഗുണങ്ങൾ വർദ്ധിപ്പിക്കും. സാധ്യതയനുസരിച്ച്, വളരെ ചെറിയ സ്കെയിലുകളിലും കൂടുതൽ മെറ്റീരിയൽ വൈവിധ്യവും രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത കോമ്പോസിഷനുകളും ഉള്ള മെറ്റീരിയലുകളെ നിയന്ത്രിക്കാൻ '3-D പ്രിന്റിംഗ് നിർമ്മാണത്തിനപ്പുറം' പ്രാപ്തമാക്കുന്ന ഒരു സാങ്കേതികവിദ്യയായി ഞങ്ങളുടെ പ്ലാറ്റ്ഫോം മാറിയേക്കാം. വ്യത്യസ്ത മെറ്റീരിയൽ ക്ലാസുകളിലെ ആവശ്യമുള്ള നാനോ-ഒബ്ജക്റ്റുകളിൽ നിന്ന് 3-D ലാറ്റിസുകൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഒരേ സമീപനം ഉപയോഗിക്കുന്നത്, അല്ലാത്തപക്ഷം പൊരുത്തപ്പെടാത്തവയായി കണക്കാക്കുന്നവ സംയോജിപ്പിക്കുന്നത്, നാനോ നിർമ്മാണത്തിൽ വിപ്ലവം സൃഷ്ടിക്കും.”
DOE/Brookhaven നാഷണൽ ലബോറട്ടറി നൽകുന്ന മെറ്റീരിയലുകൾ. കുറിപ്പ്: ശൈലിക്കും ദൈർഘ്യത്തിനും അനുസരിച്ച് ഉള്ളടക്കം എഡിറ്റ് ചെയ്തേക്കാം.
സയൻസ് ഡെയ്‌ലിയുടെ സൗജന്യ ഇമെയിൽ വാർത്താക്കുറിപ്പുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഏറ്റവും പുതിയ ശാസ്ത്ര വാർത്തകൾ ദിവസവും ആഴ്ചതോറും അപ്ഡേറ്റ് ചെയ്യുക. അല്ലെങ്കിൽ നിങ്ങളുടെ RSS റീഡറിൽ മണിക്കൂർ തോറും അപ്ഡേറ്റ് ചെയ്യുന്ന ന്യൂസ് ഫീഡുകൾ കാണുക:
സയൻസ് ഡെയ്‌ലിയെക്കുറിച്ച് നിങ്ങളുടെ അഭിപ്രായം ഞങ്ങളോട് പറയൂ — പോസിറ്റീവും നെഗറ്റീവുമായ അഭിപ്രായങ്ങൾ ഞങ്ങൾ സ്വാഗതം ചെയ്യുന്നു. സൈറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നതിൽ എന്തെങ്കിലും പ്രശ്‌നങ്ങളുണ്ടോ? ചോദ്യങ്ങളുണ്ടോ?
പോസ്റ്റ് സമയം: ജൂലൈ-04-2022