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《DNA壳纳米粒子的三维晶格工程》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2019-03-06

  • 随着结构DNA纳米技术的发展，DNA已经远远超过了它的原始功能:作为一种遗传密码。原则上，它可以自行装配成所需的形状和精确的尺寸。此外，它还可以通过将DNA嫁接到其他材料上，作为一个功能链接器来对其他材料进行编程。纳米粒子，无论是无机的还是有机的，现在都可以在DNA的引导下以编程的方式组装成复杂的三维超晶格。通过将功能编码到as组装的纳米颗粒中，可以发明出具有良好集体效应的材料。本文综述了不同形状或功能的纳米粒子如何在表面包覆DNA壳的帮助下成功制备成三维晶格，以及科学家如何通过设计制造出理想的晶格。还讨论了通过影响DNA生存环境来实现纳米粒子动态超晶格的情况。

    ——文章发布于2019年2月20日

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  • 《用于纳米光子学的金纳米粒子的超薄超晶格》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2019-05-22
    • 物理化学研究所Matthias Karg教授的“Colloids and Nanooptics”小组提出了一种简单而精确的技术来开发高度有序的颗粒层。该小组正在使用具有水凝胶状结构的微小，柔软且可变形的球形聚合物珠粒。 水凝胶是水溶胀的三维网络。例如，我们熟悉这些结构，作为婴儿尿布中的超吸收剂，能够吸收大量液体。 在这些水凝胶珠子中，只有几纳米的微小金或银颗粒，Karg的团队在HHU中使用金属盐在还原过程中合成。 “我们可以非常精确地调整金颗粒的大小，因为水凝胶壳可渗透溶解的金属盐，从而允许金核连续过度生长。”这些核 - 壳颗粒的结构可以与樱桃的结构大致比较，其中硬核被软浆包围。然而，来自实验室的颗粒大约小十万倍。 然后，位于杜塞尔多夫的研究人员可以使用这些水凝胶珠的稀释溶液来生产薄单层。他们将珠子应用于水面，其中高度有序且色彩缤纷的闪光层自组装。它们将该层从水表面转移到玻璃基板上。这种转移使整个玻璃基板闪烁。 用电子显微镜观察该层显示出规则的六角形有序粒子阵列。 “这些是它们壳中的金颗粒，”博士生Kirsten Volk解释说，“我们发现它们排列在一个高度有序的层中。”确定层的颜色的是金颗粒：它们反射具有特定波长的可见光，这些波长会干扰并因此产生不同角度的不同颜色的印象。 “这些薄层对于光电子学非常有意义 - 即使用光传输和处理数据。也可以使用它们来构建小型激光器，”Karg教授解释说。这些纳米激光器的尺寸仅为纳米，因此构成了纳米光子学领域的关键技术。 在最近发表在ACS应用材料与接口杂志上的一项研究中，杜塞尔多夫的研究人员已经克服了这种纳米激光器的主要障碍。他们成功地通过入射光在金颗粒中产生了集体共振。这意味着金颗粒不会单独激发;相反，所有激发的粒子都在共振。这种集体共振是构建激光器的基本先决条件。发表的研究结果的特殊方面是，不仅可以非常容易地和大规模地创建颗粒层，它们也特别薄。 对于光电应用和纳米激光器，谐振模式必须在薄层中进一步放大。 Karg教授：“接下来我们将尝试通过掺杂发射器来进一步放大共振。从长远来看，这也可以让我们实现电动纳米激光器。” ——文章发布于2019年5月20日
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  • 《解析法求解单个纳米粒子的三维结构》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-04-07
    • 仔细观察铂纳米颗粒的三维(3D)效果图，你会看到一幅精确绘制的3D图像。发表在《科学》(Science)杂志上的一项新研究中涉及的纳米技术人员将观察到的远不止这些。 材料中原子的排列决定了它是催化化学反应还是抑制任何分子反应。纳米技术的主要目标是关注原子设计和开发材料的潜力，从而使研究人员能够在任何特定的场景中操纵材料的性能。 但是，原子成像方法还不足以确定液体中物质的精确三维原子排列，这将使研究人员能够了解物质在日常生活中的行为，例如在血浆或水中。 与潜在的一种新的分析技术解决单个纳米粒子的原子水平的三维结构已经被科学家们报道纳米研究中心研究所的基础科学(IBS、韩国),与汉斯博士合作在澳大利亚莫纳什大学的生物医学发现研究所Elmlund博士和彼得Ercius伯克利实验室的分子在美国铸造。 我们有可能获得精度为0.02纳米的单个纳米粒子的三维原子位置，这比最小的原子氢小六倍。换句话说，这项高分辨率技术涉及到检测单个原子及其在纳米颗粒中的排列。 科学家们将他们的研究成果命名为3D单片(通过石墨烯液体细胞电子显微镜对纳米颗粒进行结构识别)，并利用数学算法从一组由地球上最强大的显微镜之一获得的2D成像数据中提取出3D结构。最初，纳米晶体溶液散布在两个石墨烯薄片之间，这两个石墨烯薄片的厚度都只有一个原子。 如果一个鱼缸是用一种很厚的材料做的，它就很难被看穿。由于石墨烯是世界上最薄、最坚固的材料，我们创造了石墨烯口袋，使显微镜的电子束能够穿透材料，同时密封液体样品。 首尔国立大学化学与生物工程学院助理教授PARK Jungwon说 PARK是这项研究的通讯作者之一。研究小组使用高分辨率透射电子显微镜(TEM)获得了每个纳米颗粒在液体中以每秒400张图像的速度自由旋转的影像。然后，他们应用他们的重建技术，把二维图像合并成一个三维地图，说明原子的排列。 通过精确定位每个原子的位置，研究人员可以观察纳米颗粒的发展过程及其在化学反应中的相互作用。 研究人员对8个铂纳米粒子的原子结构进行了表征——铂是所有贵重金属中最珍贵的一种，在石油炼制和燃料电池中用作能源储存的催化材料等多种应用。虽然所有的粒子都是在一个批次中产生的，但它们在原子结构上的显著差异影响了它们的性能。 现在，通过实验确定纳米材料的精确三维结构已经成为可能，而这仅仅是理论上的推测。我们开发的方法将用于纳米材料的应用领域，如燃料电池、氢汽车和石化合成。 KIM Byung Hyo博士，研究第一作者 具体来说，这项技术可以量化表面原子的应变和单个纳米粒子原子的位移。利用三维重建的应变分析可以在原子水平上确定纳米催化剂的活性位点，这将允许基于结构的设计优化催化活性。这项技术也有助于提高纳米材料的性能。 IBS纳米颗粒研究中心主任HYEON Taeghwan表示，“我们开发了一种突破性的方法，用于确定纳米颗粒在其自然环境的原子水平上的物理和化学特性的结构。” 该方法将为纳米材料的合成提供重要的线索。我们介绍的算法是通过蛋白质的结构分析和大数据分析，与新药开发相关，希望能在新的收敛性研究中得到进一步的应用。 HYEON Taeghwan, IBS纳米颗粒研究中心主任 这项研究是由基础科学研究所(IBS)、三星科学技术基金会(SSTF)和分子铸造(美国能源部(DOE)科学用户设施办公室)联合资助的。
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