Uusi 3D-DNA-materiaali on niin vahvaa, että se voi lentää avaruudessa

Nämä nanohiukkaspohjaiset itsekokoontuvat materiaalit ovat niin vakaita, että ne voivat kellua avaruudessa. Tiedemiehet

pystyivät kääntämään kolmiulotteisen arkkitehtuurinDNA-nanohiukkaset muuttuvat nestemäisestä kiinteään tilaan, jossa piidioksidi vahvistaa DNA:n rakennetta. Tämä uusi materiaali säilyttää täysin alkuperäisen DNA:n nanopartikkelihilan kehysarkkitehtuurin. Tämän ansiosta tutkijat pystyivät ensimmäistä kertaa tutkimaan, kuinka nämä nanomateriaalit selviytyvät ankarissa olosuhteissa, miten ne muodostuvat ja mitkä ovat niiden ominaisuudet.

Materiaalien ominaisuudet nanomittakaavassa ovat erilaiset, jaTutkijat ovat jo pitkään tutkineet, kuinka näitä pieniä materiaaleja - 1 000 - 10 000 kertaa ihmisen hiuksia ohuempia - käytetään kaikkina puhelimien antureiden valmistamisesta nopeempien sirujen tekemiseen kannettaville tietokoneille. Valmistusmenetelmät olivat kuitenkin monimutkaisia ​​toteutettaessa 3D-nanoarkkitehtuureja. DNA-nanoteknologia antaa mahdollisuuden luoda monimutkaisesti organisoituja materiaaleja nanohiukkasista itse koottaen, mutta kun otetaan huomioon DNA: n pehmeä ja ympäristöstä riippuvainen luonne, tällaiset materiaalit voivat olla stabiileja vain kapeissa olosuhteissa. Sitä vastoin äskettäin muodostettuja materiaaleja voidaan nyt käyttää monissa sovelluksissa, joissa vaaditaan näitä teknisiä suunnitelmia. Vaikka perinteinen nanotuotanto on erinomainen tasorakenteiden luomiseen, uusi tekniikka mahdollistaa kolmiulotteisten nanomateriaalien valmistamisen, joista on tulossa välttämätöntä monissa elektronisissa, optisissa ja energiasovelluksissa.

Uusi tutkimus osoittaa, että se on tehokastamenetelmä DNA-nanohiukkasten kolmiulotteisten ristikkojen muuntamiseksi piidioksidin kopioiksi, samalla kun säilytetään hiukkasten välisten sidosten topologia DNA-rakenteiden ja nanohiukkasten organisaation eheyden vuoksi. Piidioksidi toimii hyvin, koska se auttaa säilyttämään emo-DNA-ristikon nanorakenteen, muodostaa vahvan rakenteen eikä vaikuta nanohiukkasten järjestelyyn.

"Tällaisissa hilassa oleva DNA saa ominaisuudetpiidioksidi. Siitä tulee vakaa ilmassa ja se voidaan kuivata, mikä mahdollistaa ensimmäistä kertaa materiaalin 3D-nanomittakaavan analyysin todellisessa avaruudessa. Lisäksi piidioksidi tarjoaa lujuutta ja kemiallista vakautta, on edullista ja sitä voidaan muokata tarpeen mukaan, mikä tekee siitä kätevän materiaalin.

Aaron Michelson, Columbia Engineering.

Lisätietoja niiden ominaisuuksistananorakenteet, ryhmä paljasti piidioksidilla muunnetut DNA-nanohiukkasten ristikot äärimmäisissä olosuhteissa: korkeat lämpötilat yli 10000 ° C ja korkeat mekaaniset jännitykset yli 8 GPa (noin 80 000 kertaa enemmän kuin ilmakehän paine tai 80 kertaa enemmän kuin syvimmässä paikassa) valtameri - Marianan kaivos) ja tutki näitä prosesseja paikan päällä. Rakenteiden elinkelpoisuuden arvioimiseksi käyttöä ja jatkokäsittelyvaiheita varten tutkijat altistivat ne myös suurille säteilyannoksille ja kohdennetuille ionisäteille.

"Analyysimme näiden rakenteiden soveltuvuudestayhdistettynä perinteisiin nanovalmistusmenetelmiin osoittaa todella vankan alustan joustavien nanomateriaalien luomiseen käyttämällä DNA-pohjaisia ​​lähestymistapoja niiden uusien ominaisuuksien löytämiseksi. Tämä on suuri edistysaskel, sillä näiden erityisominaisuuksien ansiosta voimme käyttää 3D-nanomateriaalikokoonpanoamme ja silti käyttää kaikkia perinteisten materiaalien prosessointivaiheita. Tämä uusien ja perinteisten nanovalmistusmenetelmien integrointi on välttämätöntä mekaniikan ja elektroniikan, plasmoniikan, fotoniikan, suprajohtavuuden ja energeettisten materiaalien edistymisen saavuttamiseksi.

Oleg Gang, kemiantekniikan, soveltavan fysiikan ja materiaalitieteen professori

Tietokoneita on valmistettu piistä yli 40 vuoden ajan.Kestää 40 vuotta tasorakenteiden ja laitteiden tuotannon alentamiseen noin 10 nm: iin. Nyt voimme valmistaa ja koota nanoobjektit koeputkessa muutamassa tunnissa ilman kalliita työkaluja. Kahdeksan miljardia yhdistettä yhdellä ristikolla voidaan nyt järjestää itse koottavaksi käyttämällä nanokokoisia prosesseja, jotka voimme suunnitella. Jokainen yhteys voi olla transistori, anturi tai optinen emitteri - kukin niistä voi olla tallennettu databitti. Samalla kun Mooren laki on hidastumassa, DNA-kokoonpanon ohjelmoitavuus lähestyy nollaa, jotta voimme ajaa meitä eteenpäin uusien materiaalien ja nanotuotannon ongelmien ratkaisemisessa. Vaikka tämä oli erittäin vaikeaa nykyisillä menetelmillä, se on erittäin tärkeää uusille tekniikoille.

Lue myös:

Fyysikot ovat luoneet analogin mustasta aukosta ja vahvistaneet Hawkingin teorian. Minne se johtaa?

Kuule NASA: n Perseverance-kuljettaja liikkuvan Marsin poikki.

Ihmiset kestävät hyvin alhaisia ​​lämpötiloja myös ilman lämmönlähteitä.