Ett team av kemiska och biologiska ingenjörer som arbetar med en grupp nanoteknologer vid Northwestern University i Illinois har utvecklat en typ av superstarkt kolloidalt kristallmetamaterial genom att limma ihop metallnanostrukturer med hjälp av DNA-strängar.
I deras artikel publicerad i tidskriften Science Advances , beskriver gruppen hur de utvecklade sin teknik och möjliga användningsområden för de typer av produkter de tillverkade.
Tidigare forskning har visat att mycket små metamaterial kan användas i en mängd olika tillämpningar. I denna nya ansträngning tog forskargruppen nästa steg i sådan forskning genom att bygga ännu mindre metamaterial – de på nanoskala. För att åstadkomma denna bedrift började de med att konstruera metalliska nanopartiklar i en mängd olika former - vissa var solida fyrkanter, till exempel, andra ihåliga fyrkanter. Vissa hade också tillplattade hörn, medan andra var gjorda av material som bara bildade kanterna på en kub.
Därefter syntetiserade teamet DNA-strängar och applicerade dem, som lim som kommer från en limpistol, på kanterna och/eller sidorna av par av nanopartiklar för att hålla ihop dem. DNA:t fungerade som ett lim, vilket gjorde det möjligt för forskarna att skapa kolloidala kristallmetamaterial i praktiskt taget vilken form de önskade genom att limma flera nanopartiklar tillsammans - något liknande till sin natur Legoblockstrukturer. Genom att skapa olika former fann teamet att de också kunde bygga metamaterial med olika egenskaper.
När de testade några av egenskaperna hos de metamaterial de skapade fann de att de kunde bygga några som var extremt starka och extremt styva. De fann till exempel att vissa av dem var starkare än liknande material gjorda av nickel. De fann också att många av dem också kunde behålla sin form när de utsätts för extrema tryck – en funktion som kan visa sig användbar för att göra produkter avsedda för användning i rymdbaserade applikationer.
Forskargruppen fann också att genom att justera mängden DNA och hur det applicerades kunde de kontrollera interaktionerna mellan byggstenarna som utgör metamaterialen – en egenskap, noterar de, som kan leda till utvecklingen av nya eller bättre typer av elektroniska apparater, särskilt sådana som används i medicinska tillämpningar. Eftersom sådana material skulle vara lättare än de som används för närvarande, skulle de vara effektivare.
Mer information: Yuanwei Li et al, Ultrastarka kolloidala kristallmetamaterial konstruerade med DNA, Science Advances (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj8103
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
© 2023 Science X Network
