A Ciência
Para que os cientistas tenham acesso e controlem as propriedades únicas dos materiais inorgânicos, eles precisam ser capazes de controlar as nanoarquiteturas tridimensionais (3D) desses materiais. Os cientistas podem usar o DNA para guiar as nanopartículas para se reunirem em estruturas maiores. Os pesquisadores usaram essa técnica para estabelecer uma nova maneira de projetar estruturas 3D feitas de materiais inorgânicos. Usando o DNA como modelo, a equipe fabricou diversas lessons de estruturas inorgânicas. Essas estruturas eram feitas de steel, óxido metálico e materiais semicondutores, bem como suas combinações.
O impacto
Este trabalho estabelece uma nova plataforma de nanofabricação bottom-up. Esta plataforma é especificamente útil para gerar nanomateriais para usos em conversão de energia, manipulação de luz e microeletrônica. Esses nanomateriais podem ser úteis em aplicações que vão desde baterias até processamento de informações. O método oferece um nível de nanofabricação 3D avançado que nenhuma outra tecnologia atual pode oferecer.
Resumo
Tem havido um interesse crescente na fabricação de materiais inorgânicos estruturados tridimensionais (3D) em nanoescala. Não existe uma metodologia atual que os cientistas possam usar para gerar materiais inorgânicos 3D complexamente estruturados de diferentes lessons com controle da composição do materials e arquitetura volumétrica em nanoescala. Neste trabalho, cientistas da Universidade de Columbia e do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia desenvolveram uma abordagem de plataforma para gerar estruturas nanoestruturadas inorgânicas para diversos tipos de materiais, usando andaimes de DNA 3D ordenados e automontados como modelos. Pesquisas anteriores relataram uma ampla gama de arquiteturas de DNA baseadas na programabilidade intrínseca do DNA. Alguns trabalhos até integraram o DNA com nanopartículas. No entanto, foi difícil fazer a transição desta tecnologia para aplicações devido às limitações funcionais e de robustez das estruturas de DNA. O novo estudo resolve este problema estabelecendo um método para “converter” nanoestruturas de DNA em réplicas inorgânicas de diversos tipos de materiais inorgânicos.
A “conversão” inorgânica utilizou duas técnicas complementares: infiltrações em fase líquida e em fase vapor. A técnica de infiltração em fase de vapor liga um precursor químico, na forma de vapor, a uma rede em nanoescala. Esta abordagem permite que o produto químico penetre além da superfície e penetre profundamente na estrutura do materials. A técnica de infiltração em fase líquida é semelhante, exceto que utiliza uma forma líquida de precursores. Ao acoplar os avanços no DNA nanotecnologia com a modelagem, a abordagem abre a possibilidade de gerar nanomateriais inorgânicos 3D prescritos de tipos diferentes e mistos. Esta abordagem promete enfrentar muitos desafios em eletrônica, mecânica, fotônica, bateria e catálise, oferecendo uma plataforma flexível de geração de nanomateriais de baixo para cima.
Financiamento
Esta pesquisa utilizou instalações de síntese e caracterização de materiais e microscopia eletrônica do Centro de Nanomateriais Funcionais (CFN), bem como espalhamento de matéria complexa (CMS) 11-BM e linhas de luz 3-ID HXN da Fonte de Luz Síncrotron Nacional II (NSLS-II), ambos são instalações de usuários do DOE Workplace of Science no Laboratório Nacional de Brookhaven. O trabalho de montagem do DNA foi apoiado pelo Escritório de Ciências Básicas de Energia do DOE; o modelo inorgânico foi apoiado pelo Departamento de Defesa dos EUA, Escritório de Pesquisa do Exército; e a integração do materials no chip foi apoiada pela Fundação Keck.