Forskare vid University of Toronto har hämtat inspiration från den fotosyntetiska apparaten i växter för att konstruera en ny generation nanomaterial som styr och styr energin som absorberas från ljus.
Deras resultat rapporteras i ett kommande nummer av Naturnanoteknik, som släpps den 10 juli, 2011.
U -T -forskarna, ledd av professorerna Shana Kelley och Ted Sargent, rapportera konstruktionen av vad de kallar "artificiella molekyler".
"Nanoteknologer har under många år fängslats av kvantprickar - partiklar av halvledare som effektivt kan absorbera och avge ljus, och vid anpassade valda våglängder, "förklarade medförfattaren Kelley, professor vid Leslie Dan farmaceutiska fakulteten, institutionen för biokemi vid medicinska fakulteten, och Institutionen för kemi vid fakulteten för konst och naturvetenskap. "Vad samhället saknat-fram till nu-är en strategi för att bygga strukturer av högre ordning, eller komplex, av flera olika typer av kvantprickar. Denna upptäckt fyller den luckan. "
Teamet kombinerade sin expertis inom DNA och i halvledare för att uppfinna en generaliserad strategi för att binda vissa klasser av nanopartiklar till varandra.
"Krediten för detta anmärkningsvärda resultat går faktiskt till DNA:dess höga grad av specificitet-dess vilja att binda endast till en kompletterande sekvens-gjorde att vi kunde bygga rationellt konstruerade, designerstrukturer av nanomaterial, "sa Sargent, professor i Edward S. Rogers Sr. Institutionen för el- och datateknik vid University of Toronto, som också är Canada Research Chair i nanoteknik. "Det fantastiska är att våra antenner byggde själva - vi belagde olika klasser av nanopartiklar med utvalda DNA -sekvenser, kombinerade de olika familjerna i en bägare, och naturen tog sin gång. Resultatet är en vacker ny uppsättning självmonterade material med spännande egenskaper. "
Traditionella antenner ökar mängden av en elektromagnetisk våg - till exempel en radiofrekvens - som absorberas, och sedan transportera den energin till en krets. U av T nanoantenner ökade istället mängden ljus som absorberas och sände det till en enda plats i deras molekylliknande komplex. Detta koncept används redan i naturen vid lättskördande antenner, beståndsdelar i blad som gör fotosyntesen effektiv. "Som antennerna i radioer och mobiltelefoner, våra komplex fångade upp spridd energi och koncentrerade den till önskad plats. Som de lätta skördantennerna i ett träds löv, våra komplex gör det med hjälp av våglängder som finns i solljus, "förklarade Sargent.
"Professorerna Kelley och Sargent har uppfunnit en ny klass av material med helt nya egenskaper. Deras insikt och innovativa forskning visar varför University of Toronto leder inom området nanoteknik, "sade professor Henry Mann, Dekan för farmaceutiska fakulteten i Leslie Dan.
"Detta är ett fantastiskt arbete som visar vår växande förmåga att montera exakta strukturer, att skräddarsy deras fastigheter, och att bygga in förmågan att styra dessa egenskaper med hjälp av yttre stimuli, "noterade Paul S. Weiss, Fred Kavli ordförande i NanoSystems Sciences vid UCLA och chef för California NanoSystems Institute.
Kelley förklarade att konceptet som publiceras i dagens Nature Nanotechnology -papper är ett brett begrepp som går utöver ljusantenner ensam.
"Vad detta arbete visar är att vår förmåga att manipulera material i nanoskala begränsas endast av mänsklig fantasi. Om halvledarkvantumspunkter är artificiella atomer, då har vi rationellt syntetiserat konstgjorda molekyler från dessa mångsidiga byggstenar. "
