Nanovidenskabsfolk bygger antenne til lys

University of Toronto forskere har hentet inspiration fra det fotosyntetiske apparat i planter til at konstruere en ny generation af nanomaterialer, der styrer og styrer den energi, der absorberes fra lys.

Deres resultater er rapporteret i et kommende nummer af Naturnanoteknologi, som udkommer den 10. juli, 2011.

U -T -forskerne, ledet af professorerne Shana Kelley og Ted Sargent, rapportere konstruktionen af ​​det, de kalder "kunstige molekyler."

"Nanoteknologer har i mange år været betaget af kvanteprikker - partikler af halvleder, der kan absorbere og udsende lys effektivt, og ved specialvalgte bølgelængder, "forklarede medforfatter Kelley, professor ved det farmaceutiske fakultet i Leslie Dan, Institut for Biokemi på Det Medicinske Fakultet, og Institut for Kemi i Det Naturvidenskabelige Fakultet. "Det, samfundet har manglet-indtil nu-er en strategi til at bygge strukturer af højere orden, eller komplekser, ud af flere forskellige typer kvantepunkter. Denne opdagelse fylder det hul. "

Teamet kombinerede sin ekspertise inden for DNA og i halvledere for at opfinde en generaliseret strategi for at binde visse klasser af nanopartikler til hinanden.

"Æren for dette bemærkelsesværdige resultat går faktisk til DNA:dets høje grad af specificitet-dens vilje til kun at binde sig til en komplementær sekvens-gjorde os i stand til at bygge rationelt konstrueret, designerstrukturer ud af nanomaterialer, "sagde Sargent, en professor i Edward S. Rogers Sr.afdeling for elektrisk og computerteknik ved University of Toronto, som også er Canada Research Chair i nanoteknologi. "Det fantastiske er, at vores antenner byggede sig selv - vi belagde forskellige klasser af nanopartikler med udvalgte sekvenser af DNA, kombinerede de forskellige familier i et bægerglas, og naturen tog sin gang. Resultatet er et smukt nyt sæt selvsamlede materialer med spændende egenskaber. "

Traditionelle antenner øger mængden af ​​en elektromagnetisk bølge - såsom en radiofrekvens - der absorberes, og derefter transportere den energi til et kredsløb. U af T nanoantenner øgede i stedet mængden af ​​lys, der absorberes og trak det til et enkelt sted i deres molekyllignende komplekser. Dette koncept bruges allerede i naturen i lette høstantenner, bestanddele af blade, der gør fotosyntesen effektiv. "Ligesom antennerne i radioer og mobiltelefoner, vores komplekser fangede spredt energi og koncentrerede den til et ønsket sted. Ligesom de lette høstantenner i et træs blade, vores komplekser gør det ved hjælp af bølgelængder fundet i sollys, "forklarede Sargent.

"Professorer Kelley og Sargent har opfundet en ny klasse materialer med helt nye egenskaber. Deres indsigt og innovative forskning demonstrerer, hvorfor University of Toronto leder inden for nanoteknologi, "sagde professor Henry Mann, Dekan for det farmaceutiske fakultet i Leslie Dan.

"Dette er et fantastisk stykke arbejde, der viser vores voksende evne til at samle præcise strukturer, at skræddersy deres ejendomme, og at bygge evnen til at kontrollere disse egenskaber ved hjælp af eksterne stimuli, "bemærkede Paul S. Weiss, Fred Kavli Formand i NanoSystems Sciences ved UCLA og direktør for California NanoSystems Institute.

Kelley forklarede, at konceptet, der blev offentliggjort i dagens Nature Nanotechnology -papir, er et bredt begreb, der går ud over lysantenner alene.

"Dette arbejde viser, at vores evne til at manipulere materialer på nanoskalaen kun er begrænset af menneskelig fantasi. Hvis halvlederkvantumpunkter er kunstige atomer, så har vi rationelt syntetiseret kunstige molekyler fra disse alsidige byggesten. "