نانوساختارهای فعال نوری، انقلابی در تولید متامواد

محققان دانشگاه نورث وسترن برای اولین‌بار گروه کاملا جدیدی از مواد و ابزارهای نوری ساخته‌اند که می‌تواند به انحراف نور و ساخت ابزارهای نامرئی کننده کمک کند.

کد خبر: ۱۹۷۲۰۵

تاریخ: ۰۲ بهمن ۱۳۹۶ - ۰۸:۲۹

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از ساینس‌دیلی، در این روش از DNA به عنوان یک ابزارکلیدی استفاده شده است. این گروه مطالعاتی، نانوذرات طلا را با اندازه‌ها و شکل‌های مختلف به دام انداخته و آن‌ها را در دو و سه بعد مرتب کرده‌اند تا سوپرلاتیک یا ابرشبکه‌های فعال نوری بسازند. با انتخاب نوع ذرات و الگو و توالی DNA، می‌توان این ساختارها را طوری برنامه‌ریزی کرد تا تقریبا هر نوری از طیف مریی را نمایش دهند.

چاد، آ. میرکین، استاد شیمی دانشکده هنر و علوم وینبرگ دانشگاه نورث‌وسترن می‌گوید: ما روش جدیدی برای کنترل دقیق سازه‌های معماری نوین پیدا کرده‌ایم.

وی ادامه می‌دهد: با این روش شیمیدان‌ها و فیزیکدان‌ها می‌توانند بی‌شمار ساختار جدید با هر نوع خاصیت دلخواه بسازند. این ساختارها با هیچ‌یک از روش‌هایی که پیش از این شناخته شده قابل ساخت نیست.

این روش از ترکیب یک روش ساخت قدیمی به نام لیتوگرافی بالا به پایین -که برای ساخت تراشه‌های کامپیوتری به کار می رود- با خاصیت خود مونتاژی مولکول DNA که به خوبی قابل برنامه‌ریزی است، تشکیل شده است. ترکیب این دو روش به محققان امکان داد هر یک از ذرات را در سه‌بعد کنترل کنند.

از این روش می‌توان برای ساخت متامواد استفاده کرد. متامواد در طبیعت یافت نمی‌شوند و کاربردهای زیادی دارند از جمله ساخت سنسور برای مصارف پزشکی و زیست‌محیطی.

محققان برای معرفی ابرشبکه‌های نانوذره‌ای که طول موج خاصی از نور مرئی را جذب می‌کنند از ترکیب شبیه‌سازی‌های عددی و روش‌های اسپکتروسکپی نوری استفاده کردند. نانوذرات طلا همراه با مولکول DNA بر روی قالب‌هایی قرار داده شد که از DNA مکمل ساخته شده و الگوی آن‌ها از پیش مشخص بود. آن‌ها توانستند با معرفی دومین و سومین لایه ذرات DNA دستکاری شده که مکمل لایه‌های قبلی بود، ساختارهای بسیار متنوعی بسازند.

این مواد علاوه بر اینکه ساختار بسیار غیرعادی دارند، به محرک‌ها حساس هستند. وقتی زنجیره‌های DNA که این ساختار را کنار هم نگه می‌دارند در معرض محیط جدید قرار می‌گیرند -مثلا محلول اتانول با غلظت‌های مختلف- طول‌شان تغییر می‌کند. تغییر در طول رشته DNA منجر به تغییر رنگ از سیاه به قرمز و سبز می‌شود و تونالیته فوق‌العاده‌ای از خواص نوری ارائه می‌دهد.

آیدین، استادیار مهندسی برق و علوم کامپیوتر دانشگاه مک کورمیک می‌گوید: تغییر خواص نوری در متامواد یک چالش مهم است و ما در این مطالعه به یکی از بالاترین طیف‌های تونالیته دست پیدا کرده‌ایم.

وی ادامه می‌دهد: این متاماده جدید که با کنترل دقیق شکل، اندازه و فضای بین نانوذرات به دست آمده می‌تواند در آینده نویدبخش تولید نسل جدید متامواد و متاسطوح باشد.

محققان در این مطالعه راه جدیدی برای سازماندهی نانوذرات در دو و سه بعد ارائه کرده‌اند. آن‌ها با روش‌های لیتوگرافی سوراخ‌های بسیار ریزی در حد یک نانوذره در پلیمر حفر و معابری ایجاد کردند. بعد نانوذراتی که با زنجیره‌های DNA دست‌کاری شده بود را روی این معابر قرار دادند. این معابر نقش مهمی دارند چرا که ساختاری که دارد به طور عمودی رشد می‌کند را نگه می‌دارند.

توالی خاصی از DNA روی معابر ایجاد می‌شود که مکمل همان DNA است که بر روی نانوذارت طلا جانمایی شده است. با جابه‌جایی نانوذرات حامل DNA مکمل، محققان می‌توانند دسته‌های متشکل از نانوذرات بسازند که می‌توان موقعیت‌شان را با دقت بسیار زیادی کنترل کرد. ذرات می‌توانند اندازه و شکل‌های مختلفی داشته باشند.

میرکین، مدیر موسسه بین‌المللی نانوتکنولوژی دانشگاه نورث وسترن می‌گوید: از این روش برای ساخت شبکه‌های متناوب متشکل از ذراتی که از نظر نوری فعال هستند استفاده می‌شود مثل طلا، نقره و هر ماده دیگری که بتوان آن را با DNA دست‌کاری کرد. این کار با دقت فوق‌العاده در مقیاس نانو صورت می‌گیرد.