Çok yakın zamanda Northwestern Üniversitesi araştırmacıları tarafından yüksek düzeyde organize edilmiş üç boyutlu nanoparçacık dizileri olan kolloidal kristallerin şimdiye kadar bilinmeyen bir özelliği keşfedilmiştir.
Northwestern Üniversitesi’nin açıklamasına göreBukalemun derisi ve kelebek kanatlarında bulunan doğal yapılara benzer şekilde, DNA ile tasarlanmış kolloidal kristaller, şekil değiştirme ve yapısal hafıza sergilerler.
Gazete bugün yayınlandı Doğa 17 Ekim’de.
Bilim adamları tamamlayıcı DNA zincirleri ile kolloidal kristaller yarattılar ve dehidrasyonun kristallerin buruşmasına ve DNA hidrojen bağlarının çözülmesine neden olduğunu keşfettiler. Bilim adamları su eklediğinde, kristaller hızla orijinal hallerine geri döndü.
Yeni çalışmada, bir kolloidal kristalin yapısal değişiklikleri takiben şeklini koruma yeteneği açıklanmıştır. Bu yetenek diğer kristal türlerinde mevcut değildir. Bu yeni malzemelerdeki geri dönüşümlü yapısal değişiklikler, onları aşağıdaki durumlarda yardımcı olan dinamik fonksiyonel değişiklikleri tetikleyebilir. yumuşak robotikoptik ve dış uyaranlara tepki olarak kimyasal ve biyolojik algılama.
Araştırmayı yöneten Northwestern’den Chad A. Mirkin, “Deforme olmuş kristal, bozulduğunda tamamen farklı özelliklere sahip” dedi.
“Fakat DNA adımlarını takip ediyor. Bir evin bir kasırga tarafından yıkıldığını, ancak fırtına geçtikten sonra evi yeniden düzenlemek için her çivi ve tahtanın orijinal yerlerine döndüğünü hayal edin. Bu aslında nano ölçekte bu kristallerle burada olanlara eşdeğer.”
bu DNA Parçacık-bağlantılı parçacıkları kontrol eden dizi, “şekil belleğiyle bağlantılı hiperelastisite”nin bir türü olan yeni özelliği etkiler ve nesnenin yapısını ve sıkıştırılabilirliğini etkiler. Kristal, esnekliği nedeniyle parçalanabilir ve daha sonra yeniden şekillenebilir.
Her şey 1996’da başladı
Bu keşif, Mirkin’in 1996’da başlattığı araştırmayı ilerletiyor. O sırada, araştırma ekibi, bazıları doğada bulunan normal kristallerinkine benzer özellik ve yapılara sahip kolloidal kristalleri birleştirmek için DNA’nın bir yapıştırıcı olarak nasıl kullanılabileceğini açıkladı. diğerleri doğada hiç gözlemlenmemiş özelliklere ve konfigürasyonlara sahipti.
Makalenin yazarları, çıplak gözle görülebilecek kadar muazzam kristaller yaratmak için yeni bir tekniğin ana hatlarını çiziyor. Bu kristaller, daha önce yaratılmış olanlardan önemli ölçüde daha büyüktür.
Bu ilerleme, bu araştırmacıların şekil hafızası keşiflerine ek olarak kuvvet ve kimyasal dedektörler olarak kristaller için ek uygulamaları keşfetmelerine izin verdi.
Soyut
Yeniden yapılandırılabilir, mekanik olarak yanıt veren kristal malzemeler, birçok algılama, yumuşak robotik ve enerji dönüştürme ve depolama aygıtında merkezi bileşenlerdir. Kristalli malzemeler, çeşitli uyaranlar altında kolaylıkla deforme olabilir ve geri kazanılabilir deformasyonun boyutu, büyük ölçüde bağ tipine bağlıdır. Aslında, basit elektrostatik etkileşimlerle bir arada tutulan yapılar için minimum deformasyonlar tolere edilir. Buna karşılık, moleküler bağlarla bir arada tutulan yapılar, prensipte, çok daha büyük deformasyonları sürdürebilir ve orijinal konfigürasyonlarını daha kolay geri kazanabilir. Burada, DNA ile tasarlanmış iyi yönlü kolloidal kristallerin deformasyon özelliklerini inceliyoruz. Bu kristallerin boyutu büyüktür (100 µm’den büyük) ve yüksek viskoelastik hacim fraksiyonuna (%97’den fazla) sahip vücut merkezli kübik (bcc) bir yapıya sahiptir. Bu nedenle, kırışıklıklar ve kırışıklarla düzensiz şekillere sıkıştırılabilirler ve özellikle, bu deforme olmuş kristaller, rehidrasyon üzerine, ilk iyi oluşturulmuş kristal morfolojilerini ve dahili nano ölçekli düzenini saniyeler içinde alırlar. Çoğu kristal için, bu tür sıkıştırma ve deformasyon kalıcı, geri dönüşü olmayan hasara yol açacaktır. Kolloidal kristallerdeki önemli yapısal değişikliklere, dikkate değer ve geri dönüşümlü optik özellik değişiklikleri eşlik eder. Örneğin, orijinal ve yapısal olarak geri kazanılan kristaller, morötesi görünür bölgede mükemmele yakın (%98’in üzerinde) geniş bant absorpsiyon sergilerken, deforme olmuş kristaller önemli ölçüde artan yansıma sergiler (belirli dalga boylarında gelen ışığın %50’sine kadar), bunun başlıca nedeni, kırılma indekslerinde ve homojen olmamalarında artışlar.
