ALTIN 488,66
DOLAR 8,6580
EURO 10,1795
BIST 1.419
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Sağanak Yağışlı

DNA ile 3D Süper iletken Nano yapıların Yapılması

10.11.2020
360
DNA ile 3D Süper iletken Nano yapıların Yapılması

DNA’nın kendi kendine montajına dayalı karmaşık 3B nano ölçekli mimariler, elektriği dirençsiz olarak iletebilir ve kuantum hesaplama ve algılama cihazlarını imal etmek için bir platform sağlayabilir.

Dirençsiz elektrik iletebilen üç boyutlu (3-D) nanoyapılı malzemeler – bir metrenin milyarda biri büyüklüğünde karmaşık şekillere sahip olanlar – bir dizi kuantum cihazında kullanılabilir.

Örneğin, bu tür 3 boyutlu süper iletken nanoyapılar, tıbbi görüntüleme ve yüzey altı jeoloji haritalaması için kuantum bilgisayarların ve ultra hassas manyetik alan sensörlerinin hızını ve doğruluğunu artırmak için sinyal yükselticilerinde uygulama bulabilir.

Bununla birlikte, litografi gibi geleneksel imalat araçları, süper iletken teller ve ince filmler gibi 1-D ve 2-D nano yapılar ile sınırlandırılmıştır.

DNA ile 3D Süper iletken Nano yapıların Yapılması 1
Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı’na bağlı bir bilim ve mühendislik araştırması laboratuvarıdır. 1947 yılında eski ABD Ordusu üssü Camp Upton arazisinde kurulmuş olup adını yakınlarındaki Brookhaven kasabasından almaktadır.

Şimdi, ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Brookhaven Ulusal Laboratuvarı, Columbia Üniversitesi ve İsrail’deki Bar-Ilan Üniversitesi’nden bilim adamları, önceden belirlenmiş bir organizasyonla 3 boyutlu süper iletken nano mimariler yapmak için bir platform geliştirdiler.

Nature Communications’ın 10 Kasım 2020 sayısında bildirildiği üzere bu platform, DNA’nın nano ölçekte istenen 3 boyutlu şekillere kendi kendine montajına dayanıyor. DNA’nın kendi kendine birleşmesinde, tek bir uzun DNA ipliği, Japon kağıt katlama sanatı olan origami’ye benzer şekilde, belirli yerlerde daha kısa tamamlayıcı “zımba” iplikleriyle katlanır.

Brookhaven Lab’ın İşlevsel Nanomalzemeler Merkezi’nde (CFN) Yumuşak ve Biyolojik Nanomalzemeler Grubu lideri ve bir kimya profesörü olan ortak yazar Oleg Gang, “Yapısal programlanabilirliği nedeniyle DNA, tasarlanan nanoyapıları oluşturmak için bir montaj platformu sağlayabilir” dedi. Columbia Engineering’de mühendislik ve uygulamalı fizik ve malzeme bilimi.

  • “Ancak, DNA’nın kırılganlığı, inorganik malzemeler gerektiren işlevsel cihaz imalatı ve nano imalat için uygun görünmüyor. Bu çalışmada, DNA’nın süper iletkenler gibi inorganik malzemelere tamamen “dönüştürülebilen” 3 boyutlu nano ölçekli mimariler inşa etmek için nasıl bir yapı iskelesi görevi görebileceğini gösterdik. “
DNA ile 3D Süper iletken Nano yapıların Yapılması 2
Nanoscribe Tarafından Nano Ölçekli 3B yazdırılmış Mikro Yapılar

Yapı iskelesini yapmak için Brookhaven ve Columbia Engineering bilim adamları ilk olarak oktahedral şekilli DNA origami “çerçeveleri” tasarladılar. Gang’ın yüksek lisans öğrencisi Aaron Michelson, bu çerçevelerin istenen kafeslerde bir araya gelmesi için DNA ile programlanabilir bir strateji uyguladı.

Daha sonra, DNA kafeslerini silikon dioksit (silika) ile kaplamak için bir kimya tekniği kullandı ve yapılarını korumak için sıvı bir ortam gerektiren orijinal yumuşak yapıları katılaştırdı.

Ekip, imalat sürecini, yapıların tasarımlarına sadık kalacak şekilde uyarladı, CFN Elektron Mikroskobu Tesisi’nde görüntüleme ve Brookhaven Ulusal Senkrotron Işık Kaynağı II’nin (NSLS-II) Kompleks Malzemeler Saçılma ışın hattında küçük açılı x-ışını saçılımı ile teyit edildi. ). Bu deneyler, DNA kafeslerini kapladıktan sonra yapısal bütünlüğün korunduğunu gösterdi.

Gang, “Orijinal haliyle DNA, geleneksel nanoteknoloji yöntemleriyle işlenmek için tamamen kullanılamaz” dedi. Ancak DNA’yı silika ile kapladığımızda, bu yöntemleri kullanarak inorganik malzemeleri biriktirebileceğimiz mekanik olarak sağlam bir 3-D mimarimiz var.

DNA ile 3D Süper iletken Nano yapıların Yapılması 3
Nano Ölçekli 3B yazdırılmış Mikro Yapılar
  • ” Bu, işlevsellik eklemek için değerli malzemelerin tipik olarak silikon gibi düz alt tabakalar üzerine yerleştirildiği geleneksel nano üretime benzer. “

Ekip, silika kaplı DNA kafeslerini CFN’den Yosi Yeshurun ​​başkanlığındaki Bar-Ilan’ın Süperiletkenlik Enstitüsü’ne gönderdi.

Gang ve Yeshurun, birkaç yıl önce, Gang, DNA birleştirme araştırması üzerine bir seminer verdiğinde tanıştı.

Son on yılda süperiletkenliğin özelliklerini nano ölçekte inceleyen Yeshurun, Gang’ın DNA tabanlı yaklaşımının çözmeye çalıştığı bir soruna çözüm sağlayabileceğini düşünüyordu: Süper iletken nano ölçekli yapıları üç boyutlu olarak nasıl üretebiliriz?

Ortak yazar Yeshurun, “Daha önce, 3-D nano-süperiletkenler yapmak, geleneksel üretim tekniklerini kullanarak çok ayrıntılı ve zor bir süreci içeriyordu” dedi. “Burada, Oleg’in DNA yapılarını kullanmanın nispeten basit bir yolunu bulduk.”

Süperiletkenlik Enstitüsünde, Yeshurun’un lisansüstü öğrencisi Lior Shani, kafeslerin küçük bir örneğini içeren bir silikon çip üzerine düşük sıcaklıklı bir süperiletken (niyobyum) buharlaştırdı.

Buharlaşma hızı ve silikon substrat sıcaklığı, niyobyumun numuneyi kaplaması, ancak sonuna kadar nüfuz etmemesi için dikkatlice kontrol edilmelidir. Böyle bir durumda, elektronik taşıma ölçümleri için kullanılan elektrotlar arasında bir kısa devre meydana gelebilir.

  • Yeshurun, “Akımın yalnızca numunenin kendisinden geçmesini sağlamak için substratta özel bir kanal kestik” dedi.

Ölçümler, içinden süper iletken akım tünellerinin geçtiği 3 boyutlu bir Josephson kavşağı dizisini veya süper iletken olmayan ince bariyerleri ortaya çıkardı.

DNA ile 3D Süper iletken Nano yapıların Yapılması 4
Nanoyapılı 3-D süperiletken malzemelerin DNA kendi kendine montajına dayalı olarak nasıl oluşturulabileceğini gösteren bir çizim. Kredi: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı

Josephson bağlantı dizileri, manyetik alan algılaması için süper iletken kuantum girişim cihazları gibi pratik teknolojilerdeki kuantum fenomenlerinden yararlanmanın anahtarıdır. 3 boyutlu olarak, küçük bir hacme daha fazla bağlantı yerleştirilebilir ve bu da aygıt gücünü artırır.

ABD Ordusu Savaş Yetenekleri Geliştirme Komutanlığı Ordu Araştırması’nda malzeme tasarımı program yöneticisi Evan Runnerstrom, “DNA origami, neredeyse 15 yıldır güzel ve süslü 3 boyutlu nano ölçekli yapılar üretiyor, ancak DNA’nın kendisi mutlaka yararlı bir işlevsel malzeme değil,” dedi. Çalışmayı kısmen finanse eden ABD Ordusu Araştırma Ofisi Laboratuvarı.

“Prof. Gang’ın burada gösterdiği şey, süper iletken niyobyum gibi işlevsel materyallerin kullanışlı 3-D nano yapılarını oluşturmak için bir şablon olarak DNA origamisinden yararlanabileceğinizdir. Bu, karmaşık 3-D-yapılı işlevsel malzemeleri aşağıdan yukarıya rastgele tasarlama ve üretme yeteneği, Ordunun algılama, optik ve kuantum hesaplama gibi alanlarda modernizasyon çabalarını hızlandıracak. “

  • Gang, “Karmaşık DNA organizasyonlarının yüksek düzeyde nano yapılı 3-D süper iletken malzemeler oluşturmak için nasıl kullanılabileceğine dair bir yol gösterdik” dedi.

“Bu malzeme dönüştürme yolu bize ilginç özelliklere sahip çeşitli sistemler yapma yeteneği veriyor – sadece süper iletkenlik değil, aynı zamanda diğer elektronik, mekanik, optik ve katalitik özellikler. Bunu, DNA programlanabilirliğinin gücünün 3 boyutlu inorganik nanofabrikasyona aktarıldığı bir “moleküler litografi” olarak tasavvur edebiliriz. “

Referans: 10 Kasım 2020, Nature Communications.
Bu araştırma, ABD Savunma Bakanlığı, Ordu Araştırma Ofisi tarafından desteklenmiştir; DOE Bilim Ofisi; İsrail Bilim ve Teknoloji Bakanlığı; ve İsrail Bilim Vakfı. Hem CFN hem de NSLS-II, DOE Bilim Ofisi Kullanıcı Tesisleridir. New York Şehir Üniversitesi İleri Bilim Araştırma Merkezi Görüntüleme Tesisinde bazı görüntüleme çalışmaları gerçekleştirildi.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.