Timu hubuni mbinu ya kupunguza vitu hadi nanoscale: Sio suti ya Ant-Man kabisa, lakini mfumo hutoa miundo ya 3-D moja ya elfu ya ukubwa wa asili

Watafiti wa MIT wamevumbua njia ya kutengeneza vitu vya nanoscale 3-D vya karibu sura yoyote.. Wanaweza pia kuiga vitu na aina mbalimbali za vifaa muhimu, ikiwa ni pamoja na metali, nukta za quantum, na DNA. "Ni njia ya kuweka karibu aina yoyote ya nyenzo katika muundo wa 3-D kwa usahihi wa nanoscale.,” anasema Edward Boyden, ya Y. Eva Tan katika Neurotechnology na profesa msaidizi wa uhandisi wa kibaolojia na wa ubongo na sayansi ya utambuzi huko MIT..

Wahandisi wa MIT wamebuni njia ya kuunda vitu vya 3-D nanoscale kwa kuunda muundo mkubwa na laser na kisha kuipunguza.. Picha hii inaonyesha muundo changamano kabla ya kupungua. Picha: Daniel Oran

Kwa kutumia mbinu mpya, watafiti wanaweza kuunda sura na muundo wowote wanaotaka kwa kuunda kiunzi cha polima na laser. Baada ya kuunganisha vifaa vingine muhimu kwenye kiunzi, wanaipunguza, kuzalisha miundo elfu moja ya ujazo wa asili.

Miundo hii ndogo inaweza kuwa na matumizi katika nyanja nyingi, kutoka kwa macho hadi dawa hadi robotiki, watafiti wanasema. Mbinu hiyo hutumia vifaa ambavyo maabara nyingi za sayansi ya biolojia na nyenzo tayari wanazo, kuifanya ipatikane kwa wingi kwa watafiti wanaotaka kuijaribu.

Boyden, ambaye pia ni mwanachama wa MIT's Media Lab, Taasisi ya McGovern ya Utafiti wa Ubongo, na Taasisi ya Koch ya Utafiti wa Saratani Shirikishi, ni mmoja wa waandishi waandamizi wa karatasi, "Tumefurahishwa na onyesho hili la uchapishaji wa 3-D na jinsi teknolojia zinazoweza kumeza zinaweza kusaidia watu kupitia vifaa vya riwaya vinavyowezesha matumizi ya afya ya rununu.. 13 "Tumefurahishwa na onyesho hili la uchapishaji wa 3-D na jinsi teknolojia zinazoweza kumeza zinaweza kusaidia watu kupitia vifaa vya riwaya vinavyowezesha matumizi ya afya ya rununu. Kudhibiti Mkazo kwa Kutumia Saikolojia. Mwandishi mwingine mwandamizi ni Adam Marblestone, mshirika wa utafiti wa Media Lab, na waandishi wakuu wa karatasi ni wanafunzi waliohitimu Daniel Oran na Samuel Rodriques.

Uundaji wa implosion

Mbinu zilizopo za kuunda nanostructures ni mdogo katika kile wanaweza kukamilisha. Miundo ya kuweka kwenye uso yenye mwanga inaweza kutoa muundo wa 2-D lakini haifanyi kazi kwa miundo ya 3-D.. Inawezekana kutengeneza nanostructures za 3-D kwa kuongeza hatua kwa hatua tabaka juu ya kila mmoja, lakini mchakato huu ni wa polepole na wenye changamoto. Na, wakati njia zipo ambazo zinaweza kuchapisha moja kwa moja vitu vya nanoscale 3-D, zinapatikana kwa vifaa maalum kama vile polima na plastiki, ambayo haina sifa za utendaji zinazohitajika kwa programu nyingi. Zaidi ya hayo, wanaweza tu kuzalisha miundo ya kujitegemea. (Mbinu hiyo inaweza kutoa piramidi imara, kwa mfano, lakini si mnyororo uliounganishwa au tufe tupu.)

Ili kuondokana na mapungufu haya, Boyden na wanafunzi wake waliamua kurekebisha mbinu ambayo maabara yake ilitengeneza miaka michache iliyopita kwa upigaji picha wenye mkazo wa juu wa tishu za ubongo.. Mbinu hii, inayojulikana kama darubini ya upanuzi, inahusisha kupachika tishu kwenye hydrogel na kisha kuipanua, kuruhusu upigaji picha wa ubora wa juu kwa darubini ya kawaida. Mamia ya vikundi vya utafiti katika biolojia na dawa sasa vinatumia hadubini ya upanuzi, kwani huwezesha taswira ya 3-D ya seli na tishu na maunzi ya kawaida.

Kwa kugeuza mchakato huu, watafiti waligundua kuwa wanaweza kuunda vitu vikubwa vilivyowekwa kwenye hydrogel zilizopanuliwa na kisha kuzipunguza kwa nanoscale., mbinu ambayo wanaiita "uzushi wa implosion."

Kama walivyofanya kwa upanuzi hadubini, watafiti walitumia nyenzo ya kunyonya iliyotengenezwa kwa polyacrylate, kawaida hupatikana katika diapers, kama kiunzi cha mchakato wao wa kutengeneza nano. Scaffold ni kuoga katika ufumbuzi ambayo ina molekuli ya fluorescein, ambazo huambatanisha na kiunzi zinapowashwa na mwanga wa leza.

Kwa kutumia hadubini ya fotoni mbili, ambayo inaruhusu ulengaji sahihi wa alama ndani ya muundo, watafiti huunganisha molekuli za fluorescein kwa maeneo maalum ndani ya gel. Molekuli za fluorescein hufanya kama nanga ambazo zinaweza kushikamana na aina zingine za molekuli ambazo watafiti huongeza..

“Unaambatisha nanga mahali unapotaka kwa mwanga, na baadaye unaweza kuambatisha chochote unachotaka kwa nanga,” Boyden anasema. "Inaweza kuwa nukta ya quantum, inaweza kuwa kipande cha DNA, inaweza kuwa nanoparticle ya dhahabu."

"Ni kama upigaji picha wa filamu - picha fiche huundwa kwa kufichua nyenzo nyeti kwenye jeli ili kuwaka.. Basi, you can develop that latent image into a real image by attaching another material, fedha, baadaye. Kwa njia hii utengenezaji wa implosion unaweza kuunda kila aina ya miundo, ikiwa ni pamoja na gradients, miundo isiyounganishwa, na mifumo ya nyenzo nyingi,” Oran anasema.

Mara tu molekuli zinazohitajika zimeunganishwa katika maeneo sahihi, watafiti hupunguza muundo mzima kwa kuongeza asidi. Asidi huzuia chaji hasi katika gel ya polyacrylate ili wasifukuze tena, kusababisha mkataba wa gel. Kwa kutumia mbinu hii, watafiti wanaweza kupunguza vitu mara 10 katika kila mwelekeo (kwa upunguzaji wa sauti mara 1,000 kwa ujumla). Uwezo huu wa kupungua hauruhusu tu kuongezeka kwa azimio, lakini pia inafanya uwezekano wa kukusanya vifaa katika kiunzi cha chini-wiani. Hii huwezesha ufikiaji rahisi wa marekebisho, na baadaye nyenzo inakuwa mnene mnene inapopungua.

"Watu wamekuwa wakijaribu kubuni vifaa bora vya kutengeneza nanomaterials ndogo kwa miaka, lakini tuligundua kuwa ikiwa unatumia tu mifumo iliyopo na kupachika nyenzo zako kwenye jeli hii, unaweza kuzipunguza hadi kwenye nanoscale, bila kupotosha mifumo,” Rodriques anasema.

Kwa sasa, watafiti wanaweza kuunda vitu vilivyo karibu 1 milimita za ujazo, muundo na azimio la 50 nanometers. Kuna maelewano kati ya saizi na azimio: Ikiwa watafiti wanataka kutengeneza vitu vikubwa zaidi, kuhusu 1 sentimita za ujazo, wanaweza kufikia azimio la takriban 500 nanometers. Walakini, azimio hilo linaweza kuboreshwa kwa uboreshaji zaidi wa mchakato, watafiti wanasema.

Optics bora

Timu ya MIT sasa inachunguza matumizi yanayowezekana ya teknolojia hii, na wanatarajia kuwa baadhi ya programu za mapema zaidi zinaweza kuwa katika optics - kwa mfano, kutengeneza lenzi maalum ambazo zinaweza kutumika kusoma sifa za kimsingi za mwanga. Mbinu hii pia inaweza kuruhusu utengenezaji wa ndogo, lenzi bora kwa programu kama vile kamera za rununu, hadubini, au endoscopes, watafiti wanasema. Mbali zaidi katika siku zijazo, watafiti wanasema kwamba mbinu hii inaweza kutumika kujenga nanoscale elektroniki au robots.

"Kuna kila aina ya mambo unaweza kufanya na hii,” Boyden anasema. "Ubinafsishaji wa kidemokrasia unaweza kufungua mipaka ambayo bado hatuwezi kufikiria."

Maabara nyingi za utafiti tayari zimejaa vifaa vinavyohitajika kwa aina hii ya utengenezaji. "Ukiwa na leza tayari unaweza kupata katika maabara nyingi za biolojia, unaweza kuchanganua muundo, kisha kuweka metali, halvledare, au DNA, na kisha punguza chini,” Boyden anasema.

Chanzo: http://news.mit.edu na Anne Trafton