Quando o Empire State Building foi construído, seus 102 andares surgiram em um pedaço de Midtown ao mesmo tempo, se tornaram o edifício mais alto do mundo por 40 anos. UpTatown, Oleg Gang da Colômbia e sua arquitetura Art Deco de Engenharia Química de Engenharia Chemical; Seus pontos de referência são dispositivos incrivelmente pequenos feitos a partir de blocos de construção nanoscópicos que os organizam.
“Professor de Engenharia Química e Física Aplicada e Ciências Materiais em Engenharia de Columbia e Professor Gang do Centro de Nanomadores Funcionais do Grupo Nacional de Nanômetros Funcionais Grupo Nacional”, agora podemos criar nanochants, nanochants, nanochanta e um número de nanochantes. “
“Da manipulação da luz à computação neurômica e materiais catalisadores e andaimes e reatores biomolulares, a capacidade de criar materiais em nanoescala 3D é importante através do design para muitas aplicações emergentes”, Gang. “
Em dois artigos, publicado em 9 de julho Material E em 8 de abril, o ACS Nano, Gangs e seus colegas descrevem um novo método para criar uma estrutura em nanoescala 3D destinada à auto-montagem que pode encontrar uso em diferentes aplicações e fornece um algoritmo de design para seguir o caso em nome de outras pessoas.
E tudo é baseado no bloco de construção biomolular mais primário: DNA.
Uma parada de maconha para novos materiais
Quando se trata de tecido de micro eletrônica em pequena escala, os métodos convencionais são baseados nas técnicas de cima para baixo. Uma abordagem comum é a fotolitografia, que usa forte iluminação e estênceis complexos nos circuitos ACH. No entanto, as técnicas litográficas convencionais combatem a estrutura complexa e tridimensional, embora a fabricação aditiva, mais conhecida como impressão, ainda não seja fabricada em características em nanoescala. No caso do fluxo de trabalho, ambos os métodos formam cada recurso na série. Este é um processo lento inerente para criar objetos 3D.
Ao receber seu sinal do Bio-System, a gangue cria materiais e dispositivos 3D a partir do fundo, através dos processos de auto-montagem operados pelo DNA. Ele está refinando seu método cooperando com outros cientistas, por exemplo, eletrônicos extremamente pequenos que eles precisam para o trabalho deles.
Dois meses atrás, ele e seus ex -alunos, Aaron Michelson, agora forneceram um protótipo para o Centro de Nanomatórios Funcionais do Laboratório Nacional Brookven, um protótipo para os colaboradores da Universidade de Minnesota. Eles aumentam os andaimes de DNA em um chip e depois cobrem os sensores, cobrindo -o com material sensível à luz.
Esse dispositivo foi o primeiro de muitos. Em seu último papel MaterialA gangue e sua equipe estabeleceram uma técnica de design reverso para criar a estrutura 3D desejada a partir de um conjunto de elementos de DNA em nanoescala e nano partículas. O estudo apresentou quatro aplicações adicionais de seu design de material “DNA origami”: uma estrutura cristalina que consiste em corda unidimensional e camada bidimensional; Uma imitação dos materiais encontrados em painéis solares; Outro cristal que gira em uma rotação infernal; E, para Nanfang Yue, professor de física aplicada em Engenharia de Columbia, uma estrutura que se concentrará em seu objetivo de um dia criar um computador óptico.
O scatrating de raios-X baseado em sincrotron e as técnicas avançadas de uso de elétrons, como métodos de microscopia nos laboratórios nacionais da Colômbia e Brookven, a equipe confirmou que as estruturas resultantes expressaram seus projetos para combinar com seus projetos e melhorar a fidelidade da estrutura. Cada uma dessas estruturas únicas se combina nos poços da água da gangue. A estrutura desse tipo de material é paralela à sua natureza, pois os elementos são combinados durante o processo de montagem, o que significa tempo significativo e o custo do método tradicional de maré é comparado ao 3D Fabio. O processo de tecido também é ecológico porque a montagem ocorre na água.
“Esta é uma plataforma que se aplica a muitos materiais diferentes: biológico, óptico, elétrico, magnético”, Gang. O resultado final depende apenas do design.
Designs de DNA, facilitados
O DNA dobra adivinha, como os quatro ácidos nucleicos que o fazem só podem emparelhar as combinações especiais. Mas quando há alguns milhões na estrutura desejada, se não houver bilhões de peças, como você traz a ordem de partida certa?
Gang e seus colegas resolvem esse desafio com um método de design estrutural oposto. “Se queremos criar a função que conhecemos a estrutura maior, podemos espalhá -la para pequenos componentes para criar nossos blocos de construção com os recursos estruturais, obrigatórios e eficazes necessários para formar a estrutura desejada”, disse Gang.
Os blocos de construção são o fio do DNA que se dobra mecanicamente na forma de um octalizado vantral octalizado, que se referiu à gangue como um voxel, conecta a cada canto que conecta cada voxel. Muitos Voxel podem ser projetados para vincular -se a um motivo 3D recorrente específico usando a codificação de DNA, semelhante à maneira como o quebra -cabeça dos gabaritos forma uma imagem complexa. Os motivos repetitivos, em vez disso, são combinados em paralelo para criar estruturas organizadas em um alvo. O professor de engenharia química da Colômbia, Michael Bikhovsky, e o professor Sanat Kumar Gang da Charu Gonzalez-Bichovsky forneceram uma verificação de cálculo do método de design oposto.
Para permitir a técnica de design oposta, os pesquisadores devem projetar este “quebra-cabeça” em nanoescala baseado em DNA, que será projetado com o número mínimo necessário para formar a estrutura desejada. “Você pode pensar nisso como uma contração de arquivos. Gostaríamos de reduzir a quantidade de informações para ser a mais eficiente para a auto-montagem”, disse um post-dok do grupo de gangues diante de um cientista trabalhador da BNL. A montagem codificada estrutural ou o mapeamento apelidado de Musa, esse algoritmo adicionou a gangue, como o software CAD nano-tela. “Isso lhe dirá que o DNA Voxel é um 3D específico definido arbitrário para criar a chave para criar o pedido falso ordenado.”
A partir daí, você pode adicionar uma variedade de nano- “carga” dentro dos voxels de DNA que misturam a estrutura final com certos recursos. Por exemplo, as nano partículas de ouro foram incorporadas a fornecer recursos ópticos exclusivos à medida que o teste u aparece. No entanto, como mostrado anteriormente, nanocampos inorgânicos e biológicos podem ser integrados a esses andaimes de DNA. Depois que o dispositivo é combinado, a equipe é “mineral”. Eles colocaram os andaimes com sílica e depois abrem o DNA para que seu calor se decomponha, converte efetivamente o andaime orgânico original em uma forma inorgânica muito forte.
Gang Kumar e U continuaram a descobrir os princípios dos projetos com a gangue Kumar e U, que permitirão engenharia e montagem de estruturas complexas, na esperança de realizar projetos mais complexos, incluindo um circuito 3D destinado a duplicar as conexões complexas do cérebro humano.
“Estamos a caminho de estabelecer a plataforma nanomouse de nanomous 3D na parte inferior.
