Harika, değil mi? Nano ölçekli kargo taşımak ve serbest bırakmak için "Nano Mühendisler" i kullanın!
Bu tatil sezonu boyunca, İşlevsel Nanomalzemeler Merkezi'ndeki (CFN) bilim adamları farklı bir kutu paketledi. Kübik delikli içi boş metal nano kutuları tasarlamak için tek adımlı bir kimyasal sentez yöntemi kullandılar ve bu "nanodetektörlerin" DNA kaplı nanopartikülleri kontrollü bir şekilde nasıl taşıdığını ve serbest bıraktığını gösterdiler. Araştırma, 12 Aralık'ta American Chemical Society (ACS) dergisi "ACS Central Science" (ACS Central Science) 'da yayınlandı. CFN yazılımı ve biyo-nanomateryaller grubunun ortak yazarı ve başkanı Oleg Gang şunları söyledi: Bir kutunuz olduğunu hayal edin, ancak içini değil, yalnızca dışını kullanabilirsiniz. Nanopartiküller ile bu şekilde başa çıkıyoruz. . Nanopartikül birleştirme veya sentez yöntemlerinin çoğu katı nanoyapılar üretebilir, bu nedenle bu yapıların iç alanını tasarlamak için yöntemlere ihtiyacımız var.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme: Katı hal nanoyapılar ile karşılaştırıldığında, içi boş nanoyapıların farklı optik ve kimyasal özellikleri vardır.Araştırmacılar bunları biyotıp, algılama ve kataliz alanlarına uygulamayı umuyorlar. Ayrıca içi boş yapıya yüzey açıklıkları eklenebilir ve çevre ortama göre ilaçlar, biyomoleküller ve hatta nanopartiküller gibi malzemeler girip çıkabilir. Yüzey gözenekleri olan içi boş nano yapılar üretmek için sentez stratejileri geliştirilmiştir, ancak genellikle bu gözeneklerin boyutu, şekli ve konumu iyi kontrol edilemez. Bu gözenekler yüzeye rastgele dağılarak İsviçre peyniri gibi bir yapı oluşturur. Nanokarbonu yükleme ve bırakma gibi pratik uygulamalarda nanoyapıları uygulamak için yüksek derecede yüzey açıklığının kontrol edilmesi gerekir. Bu araştırmada bilim adamları, katı nanopartiküllerden küp köşe delikleri olan altın-gümüş alaşımlı nanodetektörleri kimyasal olarak oymanın yeni bir yolunu gösterdiler.
5 dakika (a), 20 dakika (b) ve 1 saat (c) sonrasında elde edilen ürünün üç boyutlu yapısı ve kimyasal bileşimi karakterize edildi. Taranan elektron mikroskobu görüntüsü (alt simge 1, ölçek çubuğu 100 nanometredir), yeniden yapılandırılmış üç boyutlu hacim oluşturma (alt simge 2) ve üç boyutlu öğe haritalaması (alt simge 3, altın-yeşil-gümüş-kırmızı) gümüş nanotüplerin altın-gümüş nanotüplere dönüştüğünü göstermektedir. Değişiklik. Resim: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Araştırmacılar, nano ölçekli akım yer değiştirmesi adı verilen kimyasal bir reaksiyon kullandı. Bu reaksiyonda gümüş nanopartiküllerdeki atomlar, oda sıcaklığında sulu çözelti içerisinde altın iyonları ile değiştirilir. Bilim adamları çözeltiye bir molekül (yüzey aktif madde veya yüzey kaplama maddesi) ekleyerek doğrudan gümüşü süzdü ve altını belirli bir kristal yüzey üzerine biriktirdi. Küpün yüzeyindeki atomların düzeni, dört köşeden farklıdır, bu nedenle farklı atom düzlemleri açığa çıkar, bu nedenle mevcut reaksiyon bu iki alanda aynı şekilde ilerlemeyebilir ve seçilen yüzey aktif cismi ile gümüş yüzeyin kombinasyonu tam olarak doğrudur ( Altın ve gümüşün etkileşime girebilmesi için çok güçlü veya çok zayıf olmayın. Ek olarak, yüzey aktif maddenin gümüş küpün köşelerine absorpsiyon hızı nispeten zayıftır, bu nedenle reaksiyon en aktif olanıdır. Gümüş kenarlardan "yenerek" köşe delikleri oluştururken, altın yüzeyin diğer kısımlarında birikerek altın ve gümüşten bir kabuk oluşturur.
Tüm yapının yapısındaki ve kimyasal bileşimindeki değişiklikleri yakalamak için nanometre ölçeğinde üç boyutlu ve atom düzeyinde reaksiyonlar üç saatten fazla sürdürüldü.Bilim adamları CFN'de elektron mikroskopları kullandılar. Enerji dağıtıcı x-ışını spektroskopisinin (EDX) temel haritalamasının iki boyutlu elektron mikroskobu görüntüleri, küplerin içi boş olduğunu ve altın-gümüş alaşımından oluştuğunu doğruladı. Elektronik tomografi ile elde edilen üç boyutlu görüntü, bu içi boş küplerin dört köşesinde büyük küp şeklinde deliklere sahip olduğunu göstermektedir. Elektronik tomografide, farklı açılardan toplanan iki boyutlu görüntüler, bir nesnenin görüntüsünü üç boyutlu bir şekilde yeniden oluşturmak için birleştirilir.Bu teknoloji, insan vücudunun iç yapısını görüntülemek için kullanılan CT (bilgisayarlı tomografi) taramasına benzer, ancak Tarama ölçeği çok daha küçüktür ve x-ışınları yerine elektron kullanır. Bilim adamları ayrıca, optik değişiklikleri yakalayan spektroskopik deneylerle nanodetektörlerden nanodetektörlere geçişi doğruladılar. Spektrum sonuçları, nanodetektörün optik absorpsiyonunun reaksiyon süresine göre ayarlanabileceğini göstermektedir.
Taşıyıcı olarak bir nano rapçi kullanarak dna cap küresel nanopartiküllerini yükleme ve bırakmanın şematik diyagramı. Yön oklarındaki mavi ve kırmızı, sırasıyla düşük ve yüksek tuz konsantrasyonlarını gösterir. Resim: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Son durumda, Nano Rapper kızılötesi ışığı emer. Absorpsiyon spektrumu, nano-altın veya gümüş için bildirilen en uzun dalga boylarından biri olan 1250 nanometrede bir tepe gösterir.Genel olarak, altın ve gümüş nanoyapıları görünür ışığı absorbe eder. Bununla birlikte, çeşitli uygulamalar için araştırmacılar, bu parçacıkların, örneğin fototerapi gibi biyotıp alanında kızılötesi ışığı absorbe edebileceğini umuyor. Sentezlenen nanomolekülleri kullanarak bilim adamları, çözeltideki tuz konsantrasyonunu değiştirerek, DNA'yı köşe açıklıklarından kapsülleyen uygun boyutta küresel altın nanopartiküllerin nasıl yüklenip bırakılacağını gösterdiler. DNA negatif yüklüdür (fosfat omurgasındaki oksijen atomlarından dolayı) ve pozitif yüklü iyonların (tuz gibi) konsantrasyonu arttıkça veya azaldıkça yapısı değişir. Yüksek tuz konsantrasyonlarında, DNA iplikleri küçülür çünkü tuz iyonları itilmelerini azaltır. Düşük tuz konsantrasyonlarında, DNA zincirleri itici kuvvetler nedeniyle uzar. DNA zinciri küçüldüğünde, nanopartiküller açıklığa girip boşluğa girecek kadar küçük hale gelir.
Daha sonra, tuz konsantrasyonunu düşürerek nanopartiküller nanoparçacıkta kilitlenebilir. Bu düşük konsantrasyonda, DNA zincirleri gerilerek nanopartikülleri gözeneklerden geçemeyecek kadar büyük hale getirir. Nanopartiküller, tuz konsantrasyonunu artırma ve azaltma işleminin tersine yapıdan ayrılabilir. Elektron mikroskobu ve spektroskopi çalışmaları, nanodetektörlerin nano ölçekli bileşenleri yüklemek ve serbest bırakmak için kullanılabileceğini doğrulamıştır Teorik olarak, optik veya kimyasal olarak aktif nanopartikülleri belirli bir ortamda, muhtemelen pH'ı veya sıcaklığı değiştirerek serbest bırakmak için kullanılabilirler. Parametre gerçekleştirme. Gelecekte, bilim adamları nanotapları daha büyük yapılarda bir araya getirmek, yöntemlerini diğer bimetal sistemlere genişletmek ve nanotapların iç ve dışının katalitik aktivitesini karşılaştırmakla ilgilenecekler. Gang şunları söyledi: Bu kadar düzenli ve iyi tanımlanmış bir delik görmeyi beklemiyorduk. Genel olarak, bu kontrol seviyesi nano ölçekli nesneler için oldukça zordur. Bu nedenle, nanoyapı oluşumunun bu yeni yolunu keşfetmek çok heyecan verici.
Yüksek kontrol seviyelerine sahip nano nesneler tasarlama yeteneği, yalnızca belirli işlemlerin neden oluştuğunu anlamak için değil, aynı zamanda nanotıp ve optikten akıllı malzemeler ve katalize kadar çeşitli uygulamalar için hedeflenen nanoyapıların oluşturulması için de önemlidir. Yeni sentetik yöntemler bu alanlarda benzersiz fırsatlar yarattı. CFN Direktörü Charles Black şunları söyledi: Bu araştırma çalışması, CFN'nin dünya standartlarında nanomateryal sentez teknolojisi ve yeteneklerine sahip olması nedeniyle mümkün. CFN özellikle nano ölçekli bileşenleri bir araya getirerek yeni malzemelerin sentezinde öncü projelerin yanı sıra bu malzemelerin üç boyutlu yapısını ve ışıkla etkileşimlerini incelemek için en gelişmiş elektron mikroskobu ve spektroskopi yeteneklerine sahiptir. Nanobilim araştırma topluluğu, CFN kullanıcı programı aracılığıyla, işlevleri tanımlamak için tüm bu özellikleri kullanabilir. Ayrıca nano montaj teknolojisinin ilerlemesini de görmeyi dört gözle bekliyorum, çünkü akademi, endüstri ve hükümet departmanlarındaki bilim adamları araştırma için nano montaj teknolojisini kullanıyor.
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme Araştırma / Gönderen: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Referans dergi literatürü: ACS Central Science
Kağıt DOI: 10.1021 / acscentsci.8b00778
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
