ساخت ساختارهای هوشمند با DNA که نور، صوت و ماده را کنترل می ‌کنند

دانشمندان با برنامه‌ریزی دقیق مولکول‌های DNA، موفق به ساخت ساختارهای نانویی هوشمندی شده‌اند که به صورت خودسازماندهی شونده شکل می‌گیرند و توانایی کنتل نور، صوت و ماده را دارند.

به گزارش تک‌ناک، این ابرشبکه‌های موآره‌ای (moiré superlattices)، که با دقتی بی‌نظیر و بدون نیاز به تراز دستی لایه‌ها شکل می‌گیرند، به‌ طور خودکار در مایع مونتاژ می‌شوند و می‌توانند انقلابی در فناوری‌های نوری، الکترونیکی و مواد پیشرفته ایجاد کنند.

این کار توسط تیم پژوهشی به سرپرستی پروفسور لورا نا لیو از دانشگاه اشتوتگارت انجام شده است. به گفته پروفسور لورا نا لیو، این رویکرد به‌جای مونتاژ مکانیکی، بر پایه‌ خودسازمان‌یافتگی و طراحی از پایین به بالا بنا شده است.

برنامه‌نویسی چرخش و تقارن در سطح مولکولی

دانشمندان در این روش جالب، تمام مشخصات مورد نیاز برای ساخت شبکه‌های نانویی مثل زاویه چرخش، فاصله بین مولکول‌ها و الگوی کلی ساختار را از همان ابتدا در طراحی DNA برنامه‌ریزی می‌کنند. این DNA برنامه‌ریزی شده مثل یک دفترچه راهنمای مولکولی عمل می‌کند و به بقیه مولکول‌ها یاد می‌دهد که چطور با دقت نانومتری کنار هم قرار گیرند. جالب اینجا است که کل این فرایند به صورت خودکار و فقط در یک ظرف مایع انجام می‌شود و نیازی به تنظیم دستی ندارد.

گشودن مرزهای نادیده‌گرفته‌شده در مقیاس نانومتری

تاکنون، ابرشبکه‌های موآره‌ای بیشتر در مقیاس‌های بسیار ریز اتمی یا بزرگ‌تر فوتونی مطالعه می‌شدند، اما منطقه جذاب بین این دو مقیاس، یعنی دنیای نانومتری، کمتر مورد بررسی قرار گرفته بود. حالا محققان دانشگاه اشتوتگارت با ترکیب دو فناوری پیشرفته DNA (اوریگامی DNA و SST) توانسته‌اند ابرشبکه‌هایی در مقیاس میکرومتر بسازند، که سلول‌های تشکیل‌دهنده آنها فقط ۲.۲ نانومتر اندازه دارند.

تقارن‌های قابل برنامه‌ریزی در ساختارهای هوشمند با DNA

این ساختارها شامل اشکال متنوعی از جمله مربعی، کاگومه (kagome) و لانه‌زنبوری (honeycomb) هستند. همچنین تیم تحقیقاتی ساختارهایی با زاویه چرخش تدریجی (gradient moiré) تولید کرده است، که در آن زاویه و تناوب موآره‌ای به‌ صورت پیوسته در سراسر شبکه تغییر می‌کند. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی نشان داد که زاویه‌های ثبت‌شده با آنچه در طراحی اولیه DNA کدگذاری شده بود، به‌خوبی تطابق دارند.

کاربردهای گسترده ساختارهای هوشمند با DNA

ابرشبکه‌های دقیق و برنامه‌ریزی‌شده، با تقارن منظم و چیدمان کنترل‌شده، می‌توانند مانند داربست‌هایی برای چیدن اجزای ریز نانومقیاس عمل کنند. این اجزا می‌توانند شامل مولکول‌های نورافشان، نانوذرات فلزی یا نیمه‌رساناها باشند، که در ساختارهای دو یا سه‌بعدی کنار هم قرار می‌گیرند.

در صورت تبدیل شیمیایی این ساختارها به چارچوب‌های سخت، می‌توان آنها را به بلورهای فونونی یا مواد مکانیکی نوین با پاسخ ارتعاشی قابل تنظیم تبدیل کرد.

با طراحی گام‌به‌گام این شبکه‌ها، می‌توان ابزارهای نوری هوشمند و دستگاه‌هایی با قابلیت تنظیم ضریب شکست ساخت. در این سیستم‌ها، آرایش منظم نانوساختارها مانند یک راهنما عمل می‌کند و نور یا صوت را در مسیرهای دقیق هدایت می‌نماید.

یکی از کاربردهای جذاب این فناوری، کنترل نحوه حرکت الکترون‌ها بر اساس جهت‌گیری مغناطیسی آنها است. DNA به‌ طور طبیعی توانایی فیلتر کردن این جهت‌گیری‌های مغناطیسی را دارد و با استفاده از ساختارهای منظم و طراحی‌شده، امکان بررسی دقیق‌تر پدیده‌های کوانتومی مرتبط با انتقال الکترون‌ها فراهم می‌شود.

نوشته ساخت ساختارهای هوشمند با DNA که نور، صوت و ماده را کنترل می ‌کنند اولین بار در تک ناک - اخبار تکنولوژی روز جهان و ایران. پدیدار شد.