ДНК и нанокристаллы золота сделают оптические дисплеи ещё более лёгкими и тонкими

ДНК, безусловно, является основой жизни. Вскоре она также может быть основой ваших электронных устройств.

Команда Северо-западного университета разработала новый набор принципов проектирования для создания фотонных кристаллов, похожих на те, которые обычно используются на дисплеях компьютеров, телевизоров и смартфонов. Используя синтетическую ДНК для сбора частиц в кристаллические решетки, исследователи открыли дверь для гораздо более лёгких и тонких дисплеев по сравнению с теми, что доступны в настоящее время.

«Большинство людей ежедневно смотрят на дисплей ноутбука, но мало кто понимает, из чего они сделаны, и как», – Джордж Шатц, Чарльз Э. и Эмма Х. Моррисон, профессор химии в Северо-западном колледже искусств и наук Вайнберга. «Одним из компонентов дисплея является зеркало заднего вида, зеркальное устройство, которое направляет свет, излучаемый жидкокристаллическим экраном, на зрителя. Эти отражатели выполнены с использованием многослойных полимеров, которые намного толще и тяжелее наших кристаллов».

Северо-западный метод не только заменяет эти полимеры нанокристаллами золота, но и разлагает их на части, оставляя среди них воздух. В результате получается более легкая, компактная, точно спроектированная и реконфигурируемая структура, которая по-прежнему обладает высокой отражающей способностью.

Исследование было опубликовано 26 июня в Трудах Национальной академии наук. Шатц и Чад Миркин, директор Международного института нанотехнологий Северо-Запада и профессор химии Джорджа Б. Ратмана, работали в качестве соавторов статьи.

Хотя ДНК почти всегда связана с живыми организмами – от простых бактерий до сложных, касающихся людей – ДНК, используемая в исследовании, не выводится из живых клеток, а химически синтезируется и управляется. В 1996 году Миркин изобрел способы связывания синтетической ДНК с наночастицами золота с целью получения новых материалов, не встречающихся в природе, – по существу использовал «чертёж жизни» для программирования по их образованию. Эти структуры стали основой для более 1800 всемирно используемых продуктов, прежде всего в области науки.

Затем, в 2008 году, Миркин и Шатц сотрудничали в создании кристаллов из частиц, связанных ДНК. Присоединив пряди синтетической ДНК к крошечным золотым частицам, эти двое учёных обнаружили, что они могут построить трехмерные кристаллические структуры. Изменение последовательности ДНК-цепей Gs, As, Ts и Cs изменяет форму кристаллической структуры, позволяя исследователям организовать частицы в пространстве разными способами. Используя этот подход, было создано более 500 типов кристаллов, охватывающих более 30 различных симметрий кристаллов. Учёные разработали мощный и принципиально новый способ программирования образования кристаллического вещества.

Несмотря на сложные достижения в этой работе с 2008 года, Миркин и Шатц изначально не осознавали, что кристаллические решетки, изготовленные в лаборатории, обладают оптическими свойствами, аналогичными полимерным слоям, используемых в дисплеях устройств.

«Благодаря компьютерному моделированию мы случайно осознали, что кристаллические материалы с наночастицами золота обладают свойствами, которые мы пропустили ранее в этой работе», – сказал Шатц. «Затем мы оптимизировали оптические свойства, используя вычислительную технику, и они продемонстрировали, что неприкасаемые металлические сферы могут в некоторых случаях быть лучше, чем прикасаемые полимерные сферы».

Создав кристаллы в лаборатории, команды Миркина и Шатца измерили оптические свойства кристаллов, чтобы найти, что их вычислительное моделирование действительно верно. Хотя они только тестировали отражательную природу кристаллической решетки в соответствии с настоящим документом PNAS, этот метод может приводить ко многим типам функциональных «дизайнерских» материалов с использованием самосборки, основанной на ДНК.

«Общность подхода и правил проектирования весьма необычна и не зависит от состава частиц», – сказал Миркин. «То что мы изначально задумали в 1990-х годах выходит на совершенно новый уровень».

Реклама

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*