Brug af DNA som lim til at holde nanostrukturer sammen og bygge ultrastærke kolloide krystalmetamaterialer

Et team af kemiske og biologiske ingeniører, der arbejder med en gruppe nanoteknologer ved Northwestern University i Illinois, har udviklet en type superstærkt kolloidt krystalmetamateriale ved at lime metalnanostrukturer sammen ved hjælp af DNA-strenge.

I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Science Advances , beskriver gruppen, hvordan de udviklede deres teknik og mulige anvendelser for de typer produkter, de lavede.

Tidligere forskning har vist, at meget små metamaterialer kan bruges i en lang række applikationer. I denne nye indsats tog forskerholdet det næste skridt i sådan forskning ved at bygge endnu mindre metamaterialer - dem på nanoskala. For at opnå denne bedrift startede de med at konstruere metalliske nanopartikler i en række forskellige former - nogle var solide firkanter, for eksempel, andre hule firkanter. Nogle havde også flade hjørner, mens andre var lavet af materiale, der kun dannede kanterne af en terning.

Derefter syntetiserede holdet DNA-strenge og påførte dem, som lim, der stammer fra en limpistol, på kanterne og/eller siderne af par af nanopartikler for at holde dem sammen. DNA'et fungerede som en lim, der gjorde det muligt for forskerne at skabe kolloide krystalmetamaterialer i praktisk talt enhver form, de ønskede, ved at lime flere nanopartikler sammen - noget lignende i naturen til legoklodsstrukturer. Ved at skabe forskellige former fandt teamet ud af, at de også kunne bygge metamaterialer med forskellige egenskaber.

Ved at teste nogle af egenskaberne ved de metamaterialer, de skabte, fandt de ud af, at de kunne bygge nogle, der var ultra-stærke og ekstremt stive. De fandt for eksempel ud af, at nogle af dem var stærkere end lignende materialer lavet af nikkel. De fandt også ud af, at mange af dem også kunne bevare deres former, når de udsættes for ekstreme mængder tryk - en funktion, der kunne vise sig at være nyttig til at fremstille produkter beregnet til brug i rumbaserede applikationer.

Forskerholdet fandt også ud af, at ved at justere mængden af ​​DNA, og hvordan det blev anvendt, kunne de kontrollere interaktionerne mellem de byggesten, der udgør metamaterialerne - en egenskab, bemærker de, der kunne føre til udviklingen af ​​nye eller bedre slags elektroniske enheder, især dem, der anvendes i medicinske applikationer. Fordi sådanne materialer ville være lettere end dem, der er i brug i øjeblikket, ville de være mere effektive.

Flere oplysninger: Yuanwei Li et al, ultrastærke kolloide krystalmetamaterialer udviklet med DNA, Science Advances (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj8103

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

© 2023 Science X Network