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科学家利用DNA和纳米粒子制造宝石

奇闻007手机版 A+ A-  2011-08-14 09:42

  研究团队利用特定的纳米材料作为原子,特定的DNA作为粘合剂,经加热之后便可获得所需的晶体。

  近日,美国西北大学的研究团队首次利用DNA和纳米粒子制造出了接近完美的单晶体。相关研究成果于近日发表在《自然》杂志上。

  “完美的单晶体在日常生活中应用广泛——钻石不仅是名贵的饰品,还具有广泛的工业用途;蓝宝石可被用于制造激光发生器,而硅则是重要的电子器件原料。”该校纳米学家、团队负责人Chad A. Mirkin说,“原子在晶格中的位置是否精确,决定了一块晶体的好坏。”而单晶体连绵不断且没有瑕疵的晶格,使其具有独特的机械、光学以及电磁特性。“现在,我们可以利用DNA和纳米粒子来制造晶体。”Chad A. Mirkin说。

  据介绍,基于该实验室最近二十年研制的超结晶格子技术,该研究团队找到了一种独特的方法——利用特定的纳米材料作为原子,特定的DNA作为粘合剂,经加热之后便可获得所需的晶体。

  

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  “设想一下,如果一个容器中,有一百万个红球和蓝球,不管你如何晃动容器,这些球都不会完全均匀混合。”Chad A. Mirkin说,“但是,如果你在一个充满纳米粒子的容器中添加合适的DNA,然后摇动容器,在我们的实验中,也就是搅拌溶液,你就会发现,所有的纳米粒子会被DNA粘连住。”他说:“它们组成了一个完美的三维晶体。”

  在上述研究中,利用特定的DNA链充当粘合剂,Chad A. Mirkin带领团队将散乱的金纳米粒子组合成结构有序的晶体。

  研究人员表示,在上述过程中,DNA链的长度和纳米粒子尺寸之间的比例非常重要。

  “这一比例直接决定所获得的晶体质量的优劣。”团队成员之一,该校温伯格学院化学教授Olvera de la Cruz说,“这也是该技术的奇妙之处,你必须拥有正确的比例。”

  她解释说,DNA链的长度与纳米粒子尺寸的比值会影响晶体表面的能量,进而最终决定晶体最后的形状。在“秘方”之外的比值会导致晶体表面能量产生波动,进而难以形成规则的形状。Olvera de la Cruz解释说,合适的比值会让能量的波动小许多,进而促进晶体的形成。“目前我们已经知晓了一些合适的比例。”

  研究人员表示,DNA的长度不能比纳米粒子的直径大过多。在上述研究中,每个纳米粒子的直径在5~20纳米之间。而DNA的长度为18个碱基对零六个单碱基。

  尽管该团队目前的主要研究对象是金纳米粒子,但是,Chad A. Mirkin表示,这项技术也可以被应用于其他材料。“在经过技术改进之后,我们将能够制造更大的完美单晶体。而且今后,我们的方法将可以用于制造单晶硅,进而极大地促进硅电子工业的发展。”

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