વૈજ્ઞાનિકોએ નેનોસાઇઝ્ડ મટીરીયલ ઘટકો, અથવા "નેનો-ઓબ્જેક્ટ્સ", જે ખૂબ જ અલગ પ્રકારના - અકાર્બનિક અથવા કાર્બનિક - ને ઇચ્છિત 3-D માળખામાં ભેગા કરવા માટે એક પ્લેટફોર્મ વિકસાવ્યું છે. જોકે સ્વ-એસેમ્બલી (SA) નો ઉપયોગ અનેક પ્રકારના નેનોમટીરિયલ્સને ગોઠવવા માટે સફળતાપૂર્વક કરવામાં આવ્યો છે, આ પ્રક્રિયા અત્યંત સિસ્ટમ-વિશિષ્ટ રહી છે, જે સામગ્રીના આંતરિક ગુણધર્મોના આધારે વિવિધ માળખાં ઉત્પન્ન કરે છે. નેચર મટીરીયલ્સમાં આજે પ્રકાશિત થયેલા એક પેપરમાં અહેવાલ મુજબ, તેમના નવા DNA-પ્રોગ્રામેબલ નેનોફેબ્રિકેશન પ્લેટફોર્મને નેનોસ્કેલ (મીટરના અબજમા ભાગ) પર સમાન નિર્ધારિત રીતે વિવિધ 3-D સામગ્રીને ગોઠવવા માટે લાગુ કરી શકાય છે, જ્યાં અનન્ય ઓપ્ટિકલ, રાસાયણિક અને અન્ય ગુણધર્મો ઉભરી આવે છે.
"વ્યવહારિક એપ્લિકેશનો માટે SA પસંદગીની તકનીક નથી તેનું એક મુખ્ય કારણ એ છે કે વિવિધ નેનોકમ્પોનન્ટ્સમાંથી સમાન 3-D ઓર્ડર્ડ એરે બનાવવા માટે સમાન SA પ્રક્રિયાને વિવિધ સામગ્રીમાં લાગુ કરી શકાતી નથી," અનુરૂપ લેખક ઓલેગ ગેંગ, સેન્ટર ફોર ફંક્શનલ નેનોમટીરિયલ્સ (CFN) - બ્રુકહેવન નેશનલ લેબોરેટરી ખાતે યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી (DOE) ઓફિસ ઓફ સાયન્સ યુઝર ફેસિલિટી ખાતે સોફ્ટ એન્ડ બાયો નેનોમટીરિયલ્સ ગ્રુપના નેતા અને કોલંબિયા એન્જિનિયરિંગ ખાતે કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ અને એપ્લાઇડ ફિઝિક્સ એન્ડ મટિરિયલ્સ સાયન્સના પ્રોફેસર, સમજાવે છે. "અહીં, અમે કઠોર પોલીહેડ્રલ DNA ફ્રેમ્સ ડિઝાઇન કરીને SA પ્રક્રિયાને મટીરીયલ પ્રોપર્ટીઝથી અલગ કરી છે જે ધાતુઓ, સેમિકન્ડક્ટર્સ અને પ્રોટીન અને ઉત્સેચકો સહિત વિવિધ અકાર્બનિક અથવા કાર્બનિક નેનો-ઓબ્જેક્ટ્સને સમાવી શકે છે."
વૈજ્ઞાનિકોએ કૃત્રિમ DNA ફ્રેમ્સને ક્યુબ, ઓક્ટાહેડ્રોન અને ટેટ્રાહેડ્રોનના આકારમાં ડિઝાઇન કરી. ફ્રેમની અંદર DNA "બાહુઓ" છે જેની સાથે ફક્ત પૂરક DNA ક્રમ ધરાવતા નેનો-ઓબ્જેક્ટ જ જોડાઈ શકે છે. આ મટીરીયલ વોક્સેલ્સ - DNA ફ્રેમ અને નેનો-ઓબ્જેક્ટનું એકીકરણ - એ બિલ્ડીંગ બ્લોક્સ છે જેમાંથી મેક્રોસ્કેલ 3-D સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવી શકાય છે. ફ્રેમ્સ એકબીજા સાથે જોડાય છે, પછી ભલેને તેમના શિરોબિંદુઓ પર તેઓ જે પૂરક ક્રમ સાથે એન્કોડ કરેલા હોય તે મુજબ અંદર કયા પ્રકારનું નેનો-ઓબ્જેક્ટ હોય (અથવા ન હોય). તેમના આકારના આધારે, ફ્રેમ્સમાં શિરોબિંદુઓની સંખ્યા અલગ હોય છે અને આમ સંપૂર્ણપણે અલગ રચનાઓ બનાવે છે. ફ્રેમની અંદર હોસ્ટ કરેલા કોઈપણ નેનો-ઓબ્જેક્ટ્સ તે ચોક્કસ ફ્રેમ સ્ટ્રક્ચર પર કબજો કરે છે.
તેમના એસેમ્બલી અભિગમનું પ્રદર્શન કરવા માટે, વૈજ્ઞાનિકોએ DNA ફ્રેમની અંદર મૂકવા માટે અકાર્બનિક અને કાર્બનિક નેનો-ઓબ્જેક્ટ્સ તરીકે ધાતુ (સોનું) અને અર્ધવાહક (કેડમિયમ સેલેનાઇડ) નેનોપાર્ટિકલ્સ અને બેક્ટેરિયલ પ્રોટીન (સ્ટ્રેપ્ટાવિડિન) પસંદ કર્યા. સૌપ્રથમ, તેઓએ CFN ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી ફેસિલિટી અને વેન એન્ડેલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ખાતે ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ વડે ઇમેજિંગ કરીને DNA ફ્રેમની અખંડિતતા અને મટીરીયલ વોક્સેલ્સની રચનાની પુષ્ટિ કરી, જેમાં જૈવિક નમૂનાઓ માટે ક્રાયોજેનિક તાપમાને કાર્યરત સાધનોનો સમૂહ છે. ત્યારબાદ તેઓએ બ્રુકહેવન લેબ ખાતે DOE ઓફિસ ઓફ સાયન્સ યુઝર ફેસિલિટી - નેશનલ સિંક્રોટ્રોન લાઇટ સોર્સ II (NSLS-II) ના કોહેરન્ટ હાર્ડ એક્સ-રે સ્કેટરિંગ અને કોમ્પ્લેક્સ મટીરીયલ સ્કેટરિંગ બીમલાઇન્સ પર 3-D જાળી માળખાંની તપાસ કરી. કોલંબિયા એન્જિનિયરિંગ બાયખોવ્સ્કી કેમિકલ એન્જિનિયરિંગના પ્રોફેસર સનત કુમાર અને તેમના જૂથે કોમ્પ્યુટેશનલ મોડેલિંગ કર્યું જે દર્શાવે છે કે પ્રાયોગિક રીતે અવલોકન કરાયેલ જાળી માળખાં (એક્સ-રે સ્કેટરિંગ પેટર્ન પર આધારિત) સૌથી વધુ થર્મોડાયનેમિકલી સ્થિર હતા જે મટીરીયલ વોક્સેલ બનાવી શકે છે.
"આ ભૌતિક વોક્સેલ્સ આપણને અણુઓ (અને પરમાણુઓ) અને તેમના દ્વારા બનાવેલા સ્ફટિકોમાંથી મેળવેલા વિચારોનો ઉપયોગ કરવાનું શરૂ કરવાની મંજૂરી આપે છે, અને આ વિશાળ જ્ઞાન અને ડેટાબેઝને નેનોસ્કેલ પર રસ ધરાવતી સિસ્ટમોમાં પોર્ટ કરે છે," કુમારે સમજાવ્યું.
કોલંબિયા ખાતે ગેંગના વિદ્યાર્થીઓએ પછી દર્શાવ્યું કે કેવી રીતે એસેમ્બલી પ્લેટફોર્મનો ઉપયોગ રાસાયણિક અને ઓપ્ટિકલ કાર્યો સાથે બે અલગ અલગ પ્રકારની સામગ્રીના સંગઠનને ચલાવવા માટે થઈ શકે છે. એક કિસ્સામાં, તેઓએ બે ઉત્સેચકોને સહ-એસેમ્બલ કર્યા, ઉચ્ચ પેકિંગ ઘનતા સાથે 3-ડી એરે બનાવ્યા. ઉત્સેચકો રાસાયણિક રીતે અપરિવર્તિત રહ્યા હોવા છતાં, તેઓએ ઉત્સેચક પ્રવૃત્તિમાં ચાર ગણો વધારો દર્શાવ્યો. આ "નેનોરેક્ટર્સ" નો ઉપયોગ કાસ્કેડ પ્રતિક્રિયાઓને નિયંત્રિત કરવા અને રાસાયણિક રીતે સક્રિય સામગ્રીના ઉત્પાદનને સક્ષમ કરવા માટે થઈ શકે છે. ઓપ્ટિકલ સામગ્રી પ્રદર્શન માટે, તેઓએ બે અલગ અલગ રંગોના ક્વોન્ટમ બિંદુઓને મિશ્રિત કર્યા - નાના નેનોક્રિસ્ટલ્સ જેનો ઉપયોગ ઉચ્ચ રંગ સંતૃપ્તિ અને તેજ સાથે ટેલિવિઝન ડિસ્પ્લે બનાવવા માટે થઈ રહ્યો છે. ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપથી લેવામાં આવેલી છબીઓ દર્શાવે છે કે રચાયેલી જાળી પ્રકાશની વિવર્તન મર્યાદા (તરંગલંબાઇ) નીચે રંગ શુદ્ધતા જાળવી રાખે છે; આ ગુણધર્મ વિવિધ પ્રદર્શન અને ઓપ્ટિકલ સંચાર તકનીકોમાં નોંધપાત્ર રિઝોલ્યુશન સુધારણા માટે પરવાનગી આપી શકે છે.
"આપણે સામગ્રી કેવી રીતે બનાવી શકાય અને તે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેના પર પુનર્વિચાર કરવાની જરૂર છે," ગેંગે કહ્યું. "સામગ્રીનું પુનઃડિઝાઇન જરૂરી ન પણ હોય; ફક્ત હાલની સામગ્રીને નવી રીતે પેકેજ કરવાથી તેમના ગુણધર્મોમાં વધારો થઈ શકે છે. સંભવિત રીતે, અમારું પ્લેટફોર્મ '3-D પ્રિન્ટિંગ મેન્યુફેક્ચરિંગથી આગળ' એક સક્ષમ ટેકનોલોજી બની શકે છે જે ઘણા નાના સ્કેલ પર અને વધુ સામગ્રી વિવિધતા અને ડિઝાઇન કરેલી રચનાઓ સાથે સામગ્રીને નિયંત્રિત કરી શકે છે. વિવિધ સામગ્રી વર્ગોના ઇચ્છિત નેનો-ઓબ્જેક્ટ્સમાંથી 3-D જાળી બનાવવા માટે સમાન અભિગમનો ઉપયોગ કરીને, જે અન્યથા અસંગત માનવામાં આવશે તેને એકીકૃત કરીને, નેનોમેન્યુફેક્ચરિંગમાં ક્રાંતિ લાવી શકે છે."
ડીઓઇ/બ્રુકહેવન નેશનલ લેબોરેટરી દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવેલી સામગ્રી. નોંધ: શૈલી અને લંબાઈ માટે સામગ્રીમાં ફેરફાર કરી શકાય છે.
સાયન્સડેઇલીના મફત ઇમેઇલ ન્યૂઝલેટર્સ સાથે નવીનતમ વિજ્ઞાન સમાચાર મેળવો, જે દરરોજ અને સાપ્તાહિક અપડેટ થાય છે. અથવા તમારા RSS રીડરમાં કલાકદીઠ અપડેટ થયેલા ન્યૂઝફીડ્સ જુઓ:
સાયન્સડેઇલી વિશે તમારા શું વિચારો છે તે અમને જણાવો — અમે સકારાત્મક અને નકારાત્મક બંને પ્રકારની ટિપ્પણીઓનું સ્વાગત કરીએ છીએ. સાઇટનો ઉપયોગ કરવામાં કોઈ સમસ્યા છે? કોઈ પ્રશ્નો છે?
પોસ્ટ સમય: જુલાઈ-૦૪-૨૦૨૨