داربست های DNA میله های کوانتومی را ردیف می کنند - دنیای فیزیک

داربست های DNA میله های کوانتومی را ردیف می کنند - دنیای فیزیک

تمبر زمانی: 15 سپتامبر 2023، 4:00 صبح

کاریکاتور مولکول‌های DNA را نشان می‌دهد که به عنوان داربست برای جمع‌آوری آرایه‌های میله‌های کوانتومی به روشی منظم و کنترل‌شده استفاده می‌شوند.
مهندسان MIT از داربست‌های اوریگامی DNA برای ایجاد آرایه‌های ساختاری دقیقی از میله‌های کوانتومی استفاده کرده‌اند که می‌توانند در LED‌های تلویزیون‌ها یا دستگاه‌های واقعیت مجازی گنجانده شوند. (با احترام: Xin Luo, BatheBioNanoLab)

محققان در ایالات متحده از مولکول های DNA به عنوان داربست استفاده کرده اند تا به آنها کمک کند آرایه هایی از میله های کوانتومی را به روشی منظم و کنترل شده جمع کنند. تیم موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با قرار دادن میله‌ها بر روی این چارچوب طرح‌دار، میله‌ها را در فاصله یکنواخت با نانوساختارهایشان در جهت خاصی قرار دادند که می‌تواند برای کاربردهایی مانند دستگاه‌های واقعیت مجازی و میکرو نور مفید باشد. دیودهای ساطع کننده (microLED) در نمایشگرهای نسل بعدی.

میله‌های کوانتومی نسخه‌های دراز نقاط کوانتومی هستند - قطعات کوچک نیمه‌رسانا با ویژگی‌های منحصربه‌فرد و ذره‌مانند نوری. این ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود را به مجموعه‌ای از کاربردهای فن‌آوری می‌دهند. از آنجایی که نقاط و میله‌ها نور قابل تنظیم و باریکی را ساطع می‌کنند، می‌توان از آنها برای ساخت صفحه‌نمایش تلویزیون و سایر نمایشگرهای حاوی میکرو ال‌ای‌دی استفاده کرد. این دستگاه‌های نسل بعدی از نظر روشنایی، رنگ، حداقل اندازه پیکسل و پایداری از نمایشگرهای ال‌ای‌دی ارگانیک و کریستال مایع امروزی برتر خواهند بود.

میله‌های کوانتومی به‌ویژه برای کاربردهایی مانند این جذاب هستند، زیرا نوری که از خود ساطع می‌کنند قطبی است، که می‌تواند کارایی نوری نمایشگرها را بهبود بخشد. با این حال، برای دستیابی به چنین پیشرفتی، میله‌های یک دستگاه همگی باید در یک جهت قرار گیرند، که برای چنین اجسام کوچکی چالش برانگیز است. آنها همچنین باید در یک فاصله منظم از یکدیگر قرار بگیرند تا از پدیده ای به نام خود خاموشی جلوگیری شود، که زمانی رخ می دهد که میله ها آنقدر به یکدیگر نزدیک هستند که انتشار نور همسایگان خود را سرکوب می کنند.

مونتاژ دقیق آرایه های میله های کوانتومی

به رهبری مهندس بیولوژیک مارک باث، تیم MIT یک روش مونتاژ میله کوانتومی را توسعه داده است که هر دو جعبه را علامت گذاری می کند. روش این تیم مبتنی بر تکنیکی است که به نام مونتاژ در مقیاس بزرگ با کمک سطح (SALSA) شناخته می‌شود و از ساختار منظم DNA به عنوان الگویی برای ساخت دقیق آرایه‌های میله‌های کوانتومی استفاده می‌کند.

فرآیندی که Bathe و همکارانش توسعه دادند، شامل امولسیون کردن DNA به ترکیبی با میله های کوانتومی ساخته شده از CdSe/ZnS و CdSe/CdS است و سپس به سرعت مجموعه را کم آب می کند. این فرآیند که فقط چند دقیقه طول می کشد، به مولکول های DNA اجازه می دهد تا لایه متراکمی را روی سطح میله ها تشکیل دهند. سپس الگوهای "اریگامی" DNA همسایه خود روی یک سطح دو بعدی ساخته شده از میکا جمع می شوند و آرایه ها را از طریق رشته های آویزان DNA در لبه های الگو که سطح دو بعدی را می پوشانند تشکیل می دهند.

نکته مهم این است که این ساختارهای اوریگامی را می توان در اندازه ای ساخت که اجازه می دهد میله ها با فاصله ثابتی از یکدیگر جدا شوند - در این مورد حدود 10 نانومتر، که به اندازه کافی بزرگ است تا از خاموش شدن جلوگیری کند. میله های کوانتومی نیز همه با جهت گیری یکسان در قالب اوریگامی قرار می گیرند.

باث می‌گوید، تکنیک‌هایی مانند این می‌توانند برای کاربردهای متعدد، از جمله دستگاه‌های واقعیت افزوده یا واقعیت مجازی و همچنین میکرو LED‌ها، مهم باشند. او می‌گوید: «ساخت مبتنی بر DNA به دلیل پایداری، مقیاس‌پذیری و توانایی کنترل ساختارهای مواد در مقیاس نانومتری، جهت‌گیری‌های آن‌ها و در نتیجه عملکرد آن‌ها مهم است».

در نسخه فعلی تکنیک، که تیم گزارش آن را ارائه می‌کند با پیشرفتهای علمیشبکه های اوریگامی دو بعدی نمی توانند بزرگتر از حدود 2 میکرومتر باشند2 زیرا هسته سازی کنترل نشده شبکه های اوریگامی روی سطح، جهت گیری ها و موقعیت های اولیه تصادفی را ایجاد می کند. محققان MIT اکنون امیدوارند رویکرد خود را مقیاس‌بندی کنند و آرایه‌هایی بسازند که با ساختارهای برنامه‌ریزی‌شده در مقیاس‌های طولی مختلف سلسله مراتبی بیشتری داشته باشند. آنها می گویند که این برای ادغام آنها در دستگاه های دنیای واقعی بسیار مهم است. باث می‌گوید: «ما همچنین امیدواریم که از میله‌های کوانتومی ناسازگار با محیط زیست مانند آن‌هایی که در این کار آکادمیک استفاده می‌شوند، فاصله بگیریم. دنیای فیزیک.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک