Используя каркасы из свернутой ДНК, инженеры Массачусетского технологического института (MIT) в США разработали новый способ точной сборки массивов квантовых стержней, призванных контролировать как поляризацию, так и цветовые характеристики коммерчески эффективных устройств для создания трехмерных изображений. Об этом сообщает сайт Nanowerk. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Помещая квантовые стержни на каркас ДНК строго контролируемым образом, исследователи MIT Чи Чен и Синь Луо под общим руководством профессора биоинженерии Марка Бате добились возможности регулировать их ориентацию, которая является ключевым фактором в определении поляризации света, излучаемого массивом. Это упрощает добавление глубины и размерности к виртуальным трехмерным изображениям.
В течение последних 15 лет Бате и его коллеги занимались проектированием и изготовлением наноразмерных структур из ДНК, поскольку эта очень стабильная и четко программируемая молекула является наиболее подходящим «строительным материалом» для наноструктур, которые требовалось использовать для различных целей, включая доставку лекарств, работу в качестве биосенсоров или формирование каркасов для светособирающих материалов.
Ранее лаборатория Бате разработала вычислительные методы, которые позволяют исследователям просто вводить целевую наноразмерную форму, которую они хотят создать, а затем программа вычисляет последовательности ДНК, которые будут самостоятельно собираться в нужную форму. Они также разработали масштабируемые методы изготовления, которые включают квантовые точки в эти материалы на основе ДНК.
Бате и Чен годом ранее показали, что они могут использовать ДНК для построения квантовых точек в строго заданных положениях с использованием масштабируемого биологического производства. Основываясь на этой работе, теперь они смогли решить задачу организации квантовых стержней в двумерные массивы, что более сложно, поскольку стержни должны быть выровнены в одном направлении.
Существующие подходы, которые создают выровненные массивы квантовых стержней с помощью механического трения о ткань или электрического поля для перемещения стержней в одном направлении, имеют лишь ограниченную пригодность. Это связано с тем, что для высокоэффективного излучения света требуется, чтобы стержни находились на расстоянии не менее 10 нанометров друг от друга, чтобы они не «гасили» или не подавляли светоизлучающую активность своих соседей.
Чтобы достичь этого, исследователи разработали способ присоединения квантовых стержней к ромбовидным структурам ДНК оригами, которые можно построить нужного размера, чтобы сохранить это расстояние. Затем эти структуры ДНК прикрепляются к поверхности, где они складываются вместе, как кусочки головоломки по типу «паззла».
В качестве первого шага к тому, чтобы заставить этот подход работать, исследователи должны были придумать способ присоединения 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 образовывать плотный слой на поверхности стержней.
Этот процесс занимает всего несколько минут – намного быстрее, чем требует любой существующий метод прикрепления ДНК к наноразмерным частицам, что может иметь ключевое значение для коммерческих применений. Затем эти нити ДНК действуют как липучки, помогая квантовым стержням прилипать к шаблону ДНК-наноструктуры, который затем путем соединения соседних матриц образует тонкую пленку, покрывающую силикатную поверхность.
Исследователи MIT надеются, что новый метод позволит им уже вскоре создать поверхности размером с пластину с вытравленными узорами. Это позволит масштабировать конструкцию до полноценного устройства квантовых стержней, подходящего для многочисленных вариантов коммерческих применений – от высокопроизводительных микросветодиодов до систем дополненной/виртуальной реальности.