Diese auf Nanopartikeln basierenden, selbstorganisierenden Materialien sind so stabil, dass sie im Weltraum schweben können. Wissenschaftler
Die Eigenschaften von Materialien im Nanobereich sind unterschiedlich undForscher haben lange untersucht, wie diese winzigen Materialien - 1.000 bis 10.000 Mal dünner als ein menschliches Haar - in allen Bereichen eingesetzt werden können, von der Herstellung von Sensoren für Telefone bis hin zur Herstellung schnellerer Chips für Laptops. Die Herstellungsverfahren waren jedoch bei der Realisierung von 3D-Nanoarchitekturen komplex. Die DNA-Nanotechnologie ermöglicht die Herstellung komplex organisierter Materialien aus Nanopartikeln durch Selbstorganisation. Angesichts der weichen und umweltabhängigen Natur der DNA können solche Materialien jedoch nur unter einem engen Bereich von Bedingungen stabil sein. Im Gegensatz dazu können neu geformte Materialien jetzt in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, in denen diese technischen Konstruktionen erforderlich sind. Während die traditionelle Nanofabrikation hervorragend zur Erzeugung planarer Strukturen geeignet ist, ermöglicht die neue Technik die Herstellung dreidimensionaler Nanomaterialien, die für viele elektronische, optische und Energieanwendungen unverzichtbar werden.
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass sie effektiv sindeine Methode zur Umwandlung dreidimensionaler Gitter von DNA-Nanopartikeln in Kopien von Siliciumdioxid unter Beibehaltung der Topologie von Interpartikelbindungen aufgrund von DNA-Strukturen und der Integrität der Organisation von Nanopartikeln. Siliciumdioxid funktioniert gut, da es dazu beiträgt, die Nanostruktur des DNA-Stammgitters zu erhalten, eine starke Struktur bildet und die Anordnung der Nanopartikel nicht beeinflusst.
„DNA in solchen Gittern erhält die EigenschaftenKieselsäure. Es wird an der Luft stabil und kann getrocknet werden, was erstmals eine 3D-Nanoanalyse des Materials im realen Raum ermöglicht. Darüber hinaus bietet Kieselsäure Festigkeit und chemische Stabilität, ist kostengünstig und kann je nach Bedarf modifiziert werden, was es zu einem praktischen Material macht.“
Aaron Michelson, Columbia Engineering.
Um mehr über die Eigenschaften ihrer zu erfahrenBei Nanostrukturen setzte das Team die mit Siliciumdioxid transformierten DNA-Nanopartikelgitter unter extremen Bedingungen frei: hohe Temperaturen über 10.000 ° C und hohe mechanische Beanspruchungen von mehr als 8 GPa (etwa 80.000-mal höher als der atmosphärische Druck oder 80-mal höher als an der tiefsten Stelle von der Ozean - der Marianengraben) und untersuchte diese Prozesse vor Ort. Um die Lebensfähigkeit der Strukturen für die Verwendung und weitere Verarbeitungsschritte zu beurteilen, setzten die Forscher sie auch hohen Strahlungsdosen und fokussierten Ionenstrahlen aus.
„Unsere Analyse der Anwendbarkeit dieser Strukturen inkombiniert mit traditionellen Nanofabrikationsmethoden zeigt eine wirklich robuste Plattform für die Herstellung elastischer Nanomaterialien mithilfe von DNA-basierten Ansätzen zur Entdeckung ihrer neuen Eigenschaften. Dies ist ein großer Fortschritt, da wir aufgrund dieser besonderen Eigenschaften unsere 3D-Nanomaterial-Montage nutzen können und dennoch auf die gesamte Bandbreite der Verarbeitungsschritte herkömmlicher Materialien zugreifen können. Diese Integration neuer und traditioneller Nanofabrikationsmethoden ist notwendig, um Fortschritte in der Mechanik und Elektronik, Plasmonik, Photonik, Supraleitung und energetischen Materialien zu erzielen.“
Oleg Gang, Professor für Chemieingenieurwesen, angewandte Physik und Materialwissenschaften
Computer werden seit über 40 Jahren aus Silizium hergestellt.Es dauerte 40 Jahre, um die Produktion planarer Strukturen und Bauelemente auf etwa 10 nm zu senken. Jetzt können wir in wenigen Stunden Nanoobjekte in einem Reagenzglas ohne teure Werkzeuge herstellen und zusammenbauen. Acht Milliarden Verbindungen auf einem einzigen Gitter können jetzt so organisiert werden, dass sie sich mithilfe von nanoskaligen Prozessen, die wir entwerfen können, selbst zusammensetzen. Jede Verbindung kann ein Transistor, ein Sensor oder ein optischer Emitter sein, von denen jeder ein gespeichertes Datenbit sein kann. Während sich Moores Gesetz verlangsamt, nähert sich die Programmierbarkeit der DNA-Assemblierung Null, um Probleme bei der Lösung neuer Materialien und der Nanofabrikation voranzutreiben. Während dies für aktuelle Methoden äußerst schwierig war, ist es für neue Technologien äußerst wichtig.
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