Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Nano ölçekte çalışmak, araştırmacılara malzemeleri üretirken ve karakterize ederken çok fazla bilgi ve kontrol sağlar. Doğada olduğu gibi daha büyük ölçekli üretimde de birçok malzeme, karmaşık yapılarını bozabilecek kusurlara ve yabancı maddelere sahip olma kapasitesine sahiptir. Bu, stres altında kolayca kırılabilecek birkaç zayıf nokta yaratır. Bu çoğu camda görülen bir durumdur ve bu nedenle bu kadar hassas bir malzeme olduğu düşünülür.

Columbia Üniversitesi, Connecticut Üniversitesi ve ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim adamları, camın saf bir formunu üretmeyi ve bununla sadece çelikten daha güçlü olmayan bir malzeme oluşturmak için özel DNA parçalarını kaplamayı başardılar. ama inanılmaz derecede hafif. Bu niteliklerin her ikisine de sahip olan malzemeler nadirdir ve daha fazla araştırma, yeni mühendislik ve savunma uygulamalarına yol açabilir. Sonuçlar Cell Reports Physical Science dergisinde yayınlandı .

DNA – Yaşamın Yapı Taşları ve Daha Fazlası

Canlılarda, daha yaygın olarak DNA olarak bilinen deoksiribonükleik asit, organizma hücrelerine nasıl oluşacağı, büyüyeceği ve çoğalacağı konusunda talimat veren biyolojik bilgiyi taşır. DNA'nın yapıldığı malzeme, plastik ve kauçuk içeren sert, elastik malzemelerden oluşan bir sınıf olan polimer olarak bilinir. Esneklikleri ve basitlikleri malzeme bilimcilerinin ilgisini çekti ve birçok ilginç deneye ilham verdi. Brookhaven Laboratuvarı DOE Bilim Kullanıcı Tesisi Ofisi Fonksiyonel Nanomalzemeler Merkezi'nde (CFN) malzeme bilimcisi ve Columbia Üniversitesi'nde profesör olan Oleg Gang, yıllardır malzeme sentezi için DNA'nın benzersiz özelliklerinden yararlanıyor ve bunun sonucunda çok sayıda keşif yapılıyor. . Bu yeni teknoloji, ilaç dağıtımından elektroniğe kadar bir dizi yenilikçi uygulamaya ilham kaynağı oldu.

Gang daha önce makalenin baş yazarı Brookhaven doktora sonrası araştırmacısı Aaron Michelson ile yeni materyaller için sağlam bir çerçeve oluşturmak amacıyla DNA yapılarını kullanan bir deney üzerinde çalışmıştı. DNA molekülleri ilginç bir şekilde davranır. DNA ve RNA gibi nükleik asitlerin temel birimleri olan bireysel nükleotidler, tamamlayıcı diziler arasındaki bağı belirler. Birbirlerine kesin olarak bağlanma şekli, bilim adamlarının DNA'nın Japon kağıt katlama sanatından adını alan "origami" olarak adlandırılan belirli şekillere katlanmasını sağlayacak yöntemler geliştirmesine olanak tanır. Bu DNA şekilleri, adreslenebilir DNA bağları kullanılarak "kendi kendini bir araya getirmek" üzere programlanabilen nano ölçekli yapı taşlarıdır. Bu, tekrar eden bir desene sahip iyi tanımlanmış yapıların bu origami DNA bloklarından kendiliğinden oluşabileceği anlamına gelir.

Bu bloklar daha sonra tekrarlanan bir desene sahip bir yapı olan daha büyük bir kafes oluşturmak üzere birbirine yapışır. Bu süreç, bilim adamlarının DNA'dan 3 boyutlu düzenli nanomateryaller oluşturmasına ve grubun önceki çalışmalarında da gösterildiği gibi inorganik nanopartikülleri ve proteinleri entegre etmesine olanak tanıyor. Gang, Michelson ve ekibi, bu benzersiz montaj sürecinin anlaşılmasını ve kontrolünü kazandıktan sonra, iskele mimarisini koruyan silika çerçeveler oluşturmak için biyomoleküler iskele kullanıldığında neler başarılabileceğini keşfedebildiler.

Michelson, "Karmaşık bir 3 boyutlu iskele oluşturmak için DNA'yı programlanabilir bir nanomateryal olarak kullanmaya odaklandık" dedi ve "bu iskelenin, daha kararlı katı hal malzemelerine aktarıldığında mekanik olarak nasıl performans göstereceğini keşfetmek istedik. Bu kendi kendine bir araya gelme özelliğini araştırdık" dedi. Camın ana maddesi olan silikadan dökülen malzeme ve potansiyeli."

Michelson'un bu alandaki çalışmaları ona Columbia Üniversitesi'nde Robert Simon Anma Ödülü'nü kazandırdı. DNA çerçeveleri üzerine yaptığı araştırmalar, mekanik özelliklerden süperiletkenliğe kadar çeşitli özellikleri ve uygulamaları araştırdı. Üzerine inşa ettiği yapılar gibi, Michelson'un çalışmaları da bu heyecan verici deneylerden yeni bilgi katmanları kazandıkça büyümeye ve inşa etmeye devam ediyor.

Yeni ve Heyecan Verici Bir Şey İnşa Etmek

Böyle bir malzemenin ölçeğini büyütmeden ve sayısız uygulamayı düşünmeden önce hâlâ yapılması gereken çok iş olsa da, malzeme bilimcilerinin bunun ileriye dönük ne anlama geldiği konusunda heyecan duyması için hâlâ nedenler var. Ekip, karbür seramikler gibi camdan bile daha güçlü olan diğer malzemeleri inceleyerek bunların nasıl çalıştığını ve nasıl davrandığını görmeyi planlıyor. Bu, gelecekte daha da güçlü hafif malzemelerin üretilmesine yol açabilir.

Kariyeri henüz başlangıç ​​aşamasında olmasına rağmen Michelson şimdiden çok şey başardı ve araştırmasının sonraki aşamalarına başlamaya şimdiden hevesli.

Michelson, "Brookhaven Laboratuvarı'nda doktora sonrası araştırmacı olmak harika bir fırsat, özellikle de CFN'de sık sık çalışan bir Columbia Üniversitesi öğrencisi olduktan sonra," diye hatırladı Michelson. "Doktora sonrası eğitime devam etmemi sağlayan da bu oldu. CFN'de sahip olduğumuz yetenekler, özellikle görüntüleme konusunda, çalışmamı ilerletmeye gerçekten yardımcı oldu."

Yazar: ALPEREN BİÇER

Kaynak: Aaron Michelson, Tyler J. Flanagan, Seok-Woo Lee, Oleg Gang. Yüksek mukavemetli, hafif nano mimarili silika . Hücre Raporları Fiziksel Bilim , 2023; 4 (7): 101475 DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101475