Chad Mirkin은 Matter에서 새로운 재산을 발견하기로 결정하지 않았습니다. 그러나 원자 기반 화학에 대한 대안을 발명 할 때 이상한 일이 일어날 것입니다.
수년 동안, 그와 그의 동료들은 자신이“프로그래밍 가능한 원자가 등가물”이라고 불리는 것을 탐구하고있었습니다. 그러나 주기율표에서 발견 된 것과 달리, 나노 입자와 DNA 결합은 거의 무한한 방식으로 설계 될 수 있습니다.
노스 웨스턴 대학교의 화학자 인 미르 킨 (Mirkin)은 노스 웨스턴의 물리학자인 모니카 올 베라 데 라 크루즈 (Monica Olvera de La Cruz)와 협력하여 이러한 나노 입자가 어떻게 정기적 인 패턴으로 조립되는지 탐구했습니다. 이러한 "콜로이드"결정은 본질적으로 발견 될 수 있습니다. 오팔은 단단히 포장 된 실리카로 형성됩니다. 그러나 연구원들은 새로운 특성으로 콜로이드 결정을 개발하기 위해 실험실에서 수백 명의 다른 사람들을 공학했습니다.
.그러나 팀이 가장 작은 입자를 더 큰 입자와 혼합하여 콜로이드 결정을 만들 때 이상한 일이 일어났습니다. 더 큰 입자는 예상대로 결정 격자로 배열되었지만 작은 입자는 구조물 전체에 자유롭게 돌아 다녔습니다. 그럼에도 불구하고, 이들 작고 로빙 입자의 존재는 더 큰 입자를 제자리에 유지하는 데 중요한 역할을하는 것처럼 보였다. .
이 연구에 관여하지 않은 뉴욕 대학 물리학 자 데이비드 파인 (David Pine)은“이러한 모바일 엔티티 인이 모바일 나노 입자를 보유하고 있습니다. "이것은 자료의 새로운 속성입니다."
팀은 이들 나노 입자의 거동과 금속에있는 전자의 거동 사이에 유사점을 얻었습니다. 금속에서, 원자는 고정 된 구조를 형성하지만 전자는 모든 곳에서 직조하여 단일 원자에 미치지 못합니다.
Olvera de La Cruz는“이론적 인 관점에서 매우 흥미 롭습니다. "이 새로운 채권으로 구성 될 때이 문제가 가질 수있는 물리적 특성은 무엇입니까?"
놀라운 금속
Mirkin은 1996 년에 나노 입자를 서로 연결하는 방법을 지시하기 위해 DNA를 사용하여 먼저 제안했습니다. 그의 아이디어는 각각의 개별 나노 입자를 가져 와서 DNA 가닥으로 코팅하여 고양이 머리카락으로 코팅 된 소파 아래에서 발견되는 끈적 끈적한 사탕과 비슷합니다.
.연구원들은 이러한 가닥의 DNA를 설계하여 입자가 어떻게 상호 작용하는지를 제어 할 수있었습니다. 예를 들어, 서열에서 끝나는 DNA 가닥을 갖는 입자 AAGGAA는 TTCCTT에서 가닥이있는 입자에 연결할 수 있지만 다른 AAGGAA 입자에는 적합하지 않을 수 있습니다.
Mirkin은“DNA 가닥을 합성하여 입자에 부착하고 다른 벨크로 볼을 인식하도록 설계된 화학적으로 특이적인 벨크로를 만들 수 있습니다.
최근 실험에서 팀은 나노 입자의 크기와 DNA 가닥의 위치를 더 잘 제어하려고 노력했습니다. 그렇게하면 새로운 물리적 특성으로 재료를 더 잘 엔지니어링 할 수 있습니다.
이를 위해 팀은 특히 작은 나노 입자를 만들기 위해 노력했습니다. 전형적인 나노 입자는 폭 10 나노 미터, 수십만 개의 금 원자로 제작되었으며 150 정도 정도의 DNA "링커"가닥이 표면에 매달려 있습니다. 이러한 많은 수의 경우 입자가 얼마나 많은 금 원자로 만들어지고 DNA 가닥이 부착되는 위치를 정확하게 제어하기가 어렵습니다.
그래서 연구원들은 더 작은 입자로 바뀌었고, 이는 더 일관 될 것입니다. 이 팀은 5, 2 및 1.4 나노 미터 너비의 나노 입자를 만들었습니다. 가장 작은 것들은 수백 개의 금 원자로 만들어졌으며 그냥 매달려있는 소수의 DNA 가닥을 특징으로했습니다.
연구자들이 10 나노 미터 입자를 상보적인 5 또는 2 나노 미터 입자와 결합했을 때, 입자는 결정의 원자와 같이 예상되는 격자 구조로 깔끔하게 배열되었다. 그러나 연구자들이 10 나노 미터 입자를 상보적인 1.4 나노 미터 입자와 결합했을 때 두 종류의 입자는 규칙적인 격자를 형성하지 않았습니다. 오히려, 더 큰 입자는 격자 패턴에 앉았고, 작은 입자는 그렇지 않았다.
이 작은 입자는 결정 전체에 걸쳐 움직여서 하나의 상보적인 입자와의 느슨한 연결 만 형성합니다. 그러나 10 나노 미터 입자는 모두 동일한 유형이었고 서로 결합 할 수 없기 때문에, 더 작은 입자와 의이 과도 결합은 여전히 큰 나노 입자를 유지하기 위해 노력해 왔을 것입니다.
.연구팀은이 새로운 행동을 금속 결합과 비교하는데, 이는 정지 금속 이온 사이의 금속 방황이 하나의 이온에 결합되지 않고 전체 구조를 함께 유지하는 금속 방황하는 금속 결합과 비교합니다.
.“[우리]는이 현상을 발견하고 이렇게 말했습니다.‘와우, 이것은 정말 기괴합니다. 이것은 드문 일입니다. 그것을 따라 가자.”그리고 그것이 과학이 작동하는 방식입니다.”라고 Mirkin은 말했습니다. "당신은 그 발견 과정을 통해 똑같이 또는 더 흥미로운 것들이 있다는 것을 알게됩니다."
.팀은 또한 작은 입자에서 DNA "링커"의 수를 늘리거나 온도를 감소 시켰을 때와 같은 일부 경우에도 작은 입자가 로밍을 멈추고 고정 된 위치에 머물렀다는 것을 관찰했습니다. 이 동작은 위상 전이와 유사하다고 연구원들은 금속이 특정 조건에서 도체에서 절연체로 변할 때와 같이 말했다.
아이오와 주립 대학의 물리학자인 Alex Travesset에 따르면이 발견이 어디로 이어질 수 있는지 알기에는 너무 이르지만, 탐색 할 수있는 방법 중 하나는 이러한 물질 나노 입자가 고정 입자로 만든 콜로이드 결정으로 불가능한 열을 운반 할 수 있는지 여부입니다.
Travesset은“이 분야를 확장하고 새로운 유형의 본딩을 고려할 때마다 우리가 이해하는 것의 경계를 넓히려는 근본적인 수준에서 완전히 새로운 가능성의 문을 열어줍니다.”
.2019 년 9 월 3 일에 업데이트 됨 :이 기사는 노스 웨스턴 대학교의 Monica Olvera de La Cruz가 이끄는 그룹의 연구 기여를 명확히하기 위해 업데이트되었습니다.
