Телевизоры с плоским экраном, в которых используются квантовые точки, уже поступили в продажу, однако создание массивов их удлиненных родственников — квантовых стержней — для коммерческих устройств оказалось более сложной задачей. Квантовые стержни могут управлять поляризацией и цветом света, что позволяет создавать трехмерные изображения для устройств виртуальной реальности. Инженеры Массачусетского технологического института предложили новый способ точной сборки массивов квантовых стержней, используя подложки из свернутой ДНК. Нанося квантовые стержни на ДНК-скаффолд в строго контролируемом режиме, исследователи могут регулировать их ориентацию, которая является ключевым фактором, определяющим поляризацию света, излучаемого массивом. Это позволяет придать виртуальной сцене глубину и размерность.
Постдоки Массачусетского технологического института Чи Чен и Синь Луо — ведущие авторы работы, опубликованной сегодня в журнале Science Advances. Роберт Макфарлейн, доцент кафедры материаловедения и инженерии, Александр Каплан, PhD '23, и Мунги Бавенди, профессор химии Лестера Вулфа, также являются авторами исследования. Наноразмерные структурыВ течение последних 15 лет Батэ и другие ученые возглавляли работы по разработке и изготовлению наноразмерных структур из ДНК, известных также как ДНК-оригами. ДНК, высокостабильная и программируемая молекула, является идеальным строительным материалом для создания крошечных структур, которые могут быть использованы для различных целей, включая доставку лекарств, работу в качестве биосенсоров или формирование каркасов для светоулавливающих материалов. В лаборатории Бате разработаны вычислительные методы, позволяющие исследователям просто ввести целевую наноразмерную форму, которую они хотят создать, и программа рассчитает последовательности ДНК, которые будут самособираться в нужную форму. Они также разработали масштабируемые методы изготовления, позволяющие включать квантовые точки в эти материалы на основе ДНК. В работе, опубликованной в 2022 году, Батэ и Чен показали, что они могут использовать ДНК для установки квантовых точек в точные позиции с помощью масштабируемого биологического производства. Основываясь на этой работе, они совместно с лабораторией Макфарлейна решили задачу организации квантовых стержней в двумерные массивы, что сложнее, поскольку стержни должны быть выровнены в одном направлении. Существующие подходы к созданию выровненных массивов квантовых стержней с помощью механического трения тканью или электрического поля для смещения стержней в одном направлении имеют лишь ограниченный успех. Это связано с тем, что для высокоэффективного излучения света необходимо, чтобы стержни находились на расстоянии не менее 10 нанометров друг от друга, чтобы они не «гасили», или подавляли, светоизлучающую активность своих соседей. Для этого исследователи разработали способ прикрепления квантовых стержней к ромбовидным структурам ДНК-оригами, которые могут быть построены на расстоянии, необходимом для поддержания этого расстояния. Затем эти структуры ДНК прикрепляются к поверхности, где они соединяются друг с другом, как кусочки головоломки. «Квантовые стержни располагаются на оригами в одном и том же направлении, так что теперь все эти квантовые стержни можно выстраивать путем самосборки на двумерных поверхностях, причем в микронном масштабе, что необходимо для различных применений, например для микросветодиодов», — говорит Батэ. „Вы можете ориентировать их в определенных направлениях, которые можно контролировать, и держать их хорошо разделенными, потому что оригами упакованы и естественно подходят друг к другу, как кусочки пазла“. Сборка головоломкиВ качестве первого шага в реализации этого подхода исследователи должны были придумать способ прикрепления нитей ДНК к квантовым стержням. Для этого Чен разработал процесс, который включает эмульгирование ДНК в смесь с квантовыми стержнями, а затем быстрое обезвоживание смеси, что позволяет молекулам ДНК образовать плотный слой на поверхности стержней. Этот процесс занимает всего несколько минут, что значительно быстрее, чем любой другой существующий метод прикрепления ДНК к наноразмерным частицам, что может стать ключом к созданию коммерческих приложений.
Затем эти нити ДНК действуют как липучка, помогая квантовым стержням прилипать к шаблону ДНК-оригами, который образует тонкую пленку, покрывающую силикатную поверхность. Эта тонкая пленка ДНК сначала формируется путем самосборки, соединяя соседние ДНК-шаблоны вместе с помощью нависающих нитей ДНК по их краям. Теперь исследователи надеются создать поверхности в масштабе пластины с вытравленными узорами, что позволит им масштабировать свою разработку до расположения квантовых стержней в масштабе устройства для различных применений, помимо микросветодиодов или дополненной реальности/виртуальной реальности.
ДНК особенно привлекательна в качестве производственного материала, поскольку она может быть получена биологическим путем, что является одновременно масштабируемым и устойчивым процессом, соответствующим развивающейся биоэкономике США.
12.08.2023 |
Нано
ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище | |
Потребность в устойчивых и экологичн... |
Прорыв в нанотехнологиях поможет создать дисплей, дающий цвет в реальном времени | |
Разработана революционная технология, позволяю... |
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
Nature Materials: Новаторские нанополости раздвигают горизонты в удержании света | |
Команда европейских и израильских физиков... |
Nature: В нанотрубках обнаружена сверхэластичность, вызванная окислением | |
Окисление может ухудшить свойства и функц... |
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды | |
Новое исследование физики вибрирующих нанопузы... |
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной | |
Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни... |
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения | |
Нейродегенеративными заболеваниями, такими как... |
Nature Nanotechnology: Созданы новые пикопружины для биомедицинских нужд | |
Исследователи из Хемница, Дрездена и ... |
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод | |
Исследовательская группа, состоящая из со... |
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах | |
Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б... |
Nano Today: Революционные нанодроны делают возможным таргетное лечение рака | |
Новаторское исследование, проведенное под ... |
Создан нанокатализатор для преодоления ограничений технологии электролиза воды | |
Зеленый водород можно получить с помощью ... |
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры | |
У всех представителей животного царства есть ж... |
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей | |
Исследование, проведенное докторантом Пабло С.... |
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц | |
Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ... |
Создан наноматериал, безопасно удаляющий прекурсоры мелкодисперсной пыли | |
За последнее десятилетие состояние мелкодиспер... |
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона | |
Нанопластики взаимодействуют с особым бел... |
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл | |
Наноинженеры создали квазикристалл &mdash... |
Наночастицы Plug and play могут упростить борьбу с разными биологическими целями | |
Инженеры Калифорнийского университета в С... |
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе | |
Исследователи показали, что принципы рабо... |
Из нанотрубок убрали углерод, и их стало намного больше | |
Исследователи из Tokyo Metropolitan Unive... |
Cочетание 2d материалов приводит к созданию структур с удивительными свойствами | |
Создание новых материалов путем комбинирования... |
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь | |
Высокотемпературное пламя используется для&nbs... |
Квантовые стержни открывают трехмерную глубину изображений виртуальной реальности | |
Телевизоры с плоским экраном, в кото... |
Физики представили новую технологию изготовления графеновых устройств | |
Думаете, что знаете о материале все?... |
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками | |
Инженеры разработали наноразмерные татуировки&... |
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани | |
Самое удивительное, что они там, каж... |
Разработан простой и эффективный способ контроля структур методом двухфотонной литографии | |
Новый способ контроля наноразмерного производс... |