Nanovetenskap har potential att spela en enorm roll för att förbättra ett sortiment av produkter, inklusive sensorer, solceller och konsumentelektronik. Forskare inom detta område har skapat en mängd nanoskala material, såsom metall -nanokristaller, kolnanorör och halvledande nanotrådar. Dock, trots deras överklagande, det har förblivit en häpnadsväckande utmaning att konstruera orienteringen och placeringen av dessa material i de önskade enhetsarkitekturerna som är reproducerbara i höga utbyten och till låga kostnader - fram till nu.

Jen Cha, en professor i nanoteknik vid UC San Diego, och hennes forskargrupp, har upptäckt att ett sätt att överbrygga detta gap är att använda biomolekyler, såsom DNA och proteiner. Detaljer om denna upptäckt publicerades nyligen i ett papper med titeln "Large Area Spatially Ordered Arrays of Gold Nanoparticles Regisserad av litografiskt begränsat DNA Origami, " i Nature Nanotechology .

"Självmonterade strukturer är ofta för små och prisvärda litografiska mönster är för stora, "sa Albert Hung, huvudförfattare till Nature Nanotechnology -dokumentet och ett postdokument som arbetar i Cha's lab. "Men rationellt utformade syntetiska DNA -nanostrukturer tillåter oss att få tillgång till längdskalor mellan 5 och 100 nanometer och överbrygga de två systemen.

"Människor har skapat ett stort antal unika och funktionella nanostrukturer, men för vissa avsedda applikationer är de värdelösa om du inte kan placera enskilda strukturer, miljarder eller biljoner av dem samtidigt, på exakta platser, "Tillade Hung." Vi hoppas att vår forskning ger oss ett steg närmare att lösa detta mycket svåra problem. "

Hung sa att den nyligen upptäckta metoden kan vara användbar för att tillverka elektroniska eller optiska kretsar i nanoskala och multiplexsensorer.

"Ett antal grupper har arbetat med delar av detta forskningsproblem tidigare, men vad vi vet, vi är de första som försöker ta upp så många delar tillsammans som en helhet, " han sa.

En av de huvudsakliga tillämpningarna av denna forskning som Cha och hennes grupp är intresserade av är för avkänning. "Det finns ingen förutsebar väg för att kunna bygga en komplex uppsättning olika nanoskala avkänningselement för närvarande, "sa Cha, en tidigare IBM -forskare som gick med vid UCSD Jacobs School of Engineering -fakulteten 2008. "Vårt arbete är ett av de första tydliga exemplen på hur du kan slå samman litografi uppifrån och ned för att bygga en sådan array. Det betyder att du har ett substrat som mönstras av konventionell litografi, och då måste du ta det mönstret och slå ihop det med något som kan styra monteringen av ännu mindre objekt, sådana som har dimensioner mellan 2 och 20 nanometer. Du behöver en mellanliggande mall, som är DNA -origami, som har förmågan att binda till något annat mycket mindre och styra sin montering till önskad konfiguration. Detta innebär att vi potentiellt kan bygga transistorer från kolnanorör och även möjligen använda nanostrukturer för att upptäcka vissa proteiner i lösningar. Forskare har pratat om att mönstra olika uppsättningar proteiner på ett substrat och nu har vi förmågan att göra det. "

Cha sa att nästa steg skulle vara att faktiskt utveckla en enhet baserad på denna forskningsmetod.

"Jag är mycket intresserad av tillämpningen av denna forskning och vi arbetar för att nå dit, " Hon sa.

Under de senaste 6 åren har Chas forskning har fokuserat på att använda biologi för att konstruera montering av nanoskala material för applikationer inom medicin, elektronik och energi. En av nanovetenskapens begränsningar är att den inte tillåter massproduktion av produkter, men Chas arbete är inriktat på att försöka lista ut hur man gör det och göra det billigt. Mycket av hennes senaste arbete har fokuserat på att använda DNA för att bygga 2D -strukturer.

"Att använda DNA för att montera material är ett område som många människor är glada över, "Sa Cha." Du kan vika ihop DNA till vad du vill - till exempel du kan bygga en stor ställning och inom det kan du montera mycket små föremål som nanopartiklar, nanotrådar eller proteiner.

"Ingenjörer måste förstå de fysiska krafter som behövs för att bygga funktionella matriser av funktionella material, "tillade hon." Mitt jobb som nanoingenjör är att ta reda på vad du behöver göra för att sätta ihop alla de olika delarna, om det är ett läkemedelsleveransfordon, fotovoltaiska applikationer, sensorer eller transistorer. Vi måste tänka på sätt att ta alla nanomaterial och konstruera dem till något som människor kan använda och hålla. "