(Nanowerk Haberleri) Kuantum noktalarını içeren düz ekran TV’ler artık piyasada mevcuttur, ancak ticari cihazlar için uzun kuzenleri olan kuantum çubuklarının dizilerini oluşturmak daha zor olmuştur. Kuantum çubuklar, sanal gerçeklik cihazları için 3D görüntüler oluşturmak üzere ışığın hem polarizasyonunu hem de rengini kontrol edebilir.
MIT mühendisleri, katlanmış DNA’dan yapılmış yapı iskelelerini kullanarak, kuantum çubuk dizilerini tam olarak bir araya getirmenin yeni bir yolunu buldular. Araştırmacılar, kuantum çubuklarını oldukça kontrollü bir şekilde bir DNA iskelesine yerleştirerek, dizi tarafından yayılan ışığın polarizasyonunu belirlemede önemli bir faktör olan yönelimlerini düzenleyebilirler. Bu, sanal bir sahneye derinlik ve boyutluluk eklemeyi kolaylaştırır.
“Kuantum çubuklarla ilgili zorluklardan biri şudur: Hepsini nano ölçekte aynı yöne bakacak şekilde nasıl hizalarsınız?” MIT biyoloji mühendisliği profesörü ve yeni çalışmanın kıdemli yazarı Mark Bathe diyor. “Hepsi 2 boyutlu bir yüzeyde aynı yönü işaret ettiğinde, ışıkla nasıl etkileşime girdikleri ve polarizasyonunu nasıl kontrol ettikleri konusunda hepsi aynı özelliklere sahip oluyor.”
MIT postdoc’ları Chi Chen ve Xin Luo, bugün yayınlanan makalenin baş yazarlarıdır. Bilim Gelişmeleri (“Nano ölçekli hassasiyetle ölçeklenebilir 2B dizi üretimi için kuantum noktalarının ve çubukların ultra hızlı yoğun DNA işlevselleştirmesi”).
nano ölçekli yapılar
Son 15 yılda Bathe ve diğerleri, DNA origami olarak da bilinen DNA’dan yapılmış nano ölçekli yapıların tasarımına ve imalatına öncülük ettiler. Son derece kararlı ve programlanabilir bir molekül olan DNA, ilaçların taşınması, biyosensörler olarak hareket etme veya hafif hasat malzemeleri için yapı iskeleleri oluşturma dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için kullanılabilen küçük yapılar için ideal bir yapı malzemesidir.
Bathe’in laboratuvarı, araştırmacıların oluşturmak istedikleri nano ölçekli bir hedef şekli girmelerine izin veren hesaplama yöntemleri geliştirdi ve program, doğru şekle kendi kendine birleşecek DNA dizilerini hesaplayacak. Ayrıca, kuantum noktalarını bu DNA tabanlı malzemelere dahil eden ölçeklenebilir üretim yöntemleri geliştirdiler.
2022 tarihli bir makalede Bathe ve Chen, ölçeklenebilir biyolojik fabrikasyon kullanarak kuantum noktalarını kesin konumlarda iskele oluşturmak için DNA’yı kullanabileceklerini gösterdiler. Bu çalışmayı temel alarak, kuantum çubuklarını 2B diziler halinde düzenleme zorluğunun üstesinden gelmek için Macfarlane’in laboratuvarıyla birlikte çalıştılar; bu, çubukların aynı yönde hizalanması gerektiğinden daha zordur.
Çubukları bir yöne doğru süpürmek için bir kumaş veya bir elektrik alanıyla mekanik sürtünme kullanarak hizalanmış kuantum çubuk dizileri oluşturan mevcut yaklaşımlar, yalnızca sınırlı bir başarı elde etti. Bunun nedeni, yüksek verimli ışık emisyonunun, komşularının ışık yayma aktivitesini “söndürmemesi” veya bastırmaması için çubukların birbirinden en az 10 nanometre uzakta tutulmasını gerektirmesidir.
Bunu başarmak için araştırmacılar, bu mesafeyi korumak için doğru boyutta inşa edilebilen elmas şeklindeki DNA origami yapılarına kuantum çubukları takmanın bir yolunu buldular. Bu DNA yapıları daha sonra yapboz parçaları gibi bir araya geldikleri bir yüzeye bağlanır.
Bathe, “Kuantum çubukları origamide aynı yönde oturuyor, yani artık tüm bu kuantum çubuklarını 2B yüzeylerde kendi kendine düzenleyerek şekillendirdiniz ve bunu mikroLED’ler gibi farklı uygulamalar için gereken mikron ölçeğinde yapabilirsiniz” diyor. “Onları kontrol edilebilir belirli yönlere yönlendirebilir ve origamiler yapboz parçalarının yapacağı gibi paketlenmiş ve doğal olarak birbirine uyduğu için birbirinden iyice ayrı tutabilirsiniz.”
bulmacanın montajı
Bu yaklaşımın işe yaraması için ilk adım olarak, araştırmacıların DNA iplikçiklerini kuantum çubuklarına bağlamanın bir yolunu bulması gerekiyordu. Bunu yapmak için Chen, DNA’yı kuantum çubuklarıyla bir karışıma emülsifiye etmeyi, ardından karışımı hızla kurutmayı, bu da DNA moleküllerinin çubukların yüzeyinde yoğun bir tabaka oluşturmasını sağlayan bir süreç geliştirdi.
Bu işlem yalnızca birkaç dakika sürer ve ticari uygulamaları etkinleştirmenin anahtarı olabilecek DNA’yı nano ölçekli parçacıklara bağlamak için mevcut herhangi bir yöntemden çok daha hızlıdır.
“Bu yöntemin benzersiz yönü, nanoparçacık yüzeyine afinitesi olan herhangi bir suyu seven liganda neredeyse evrensel uygulanabilirliğinde yatmaktadır ve bu da onların anında nano ölçekli parçacıkların yüzeyine itilmelerine olanak tanır. Bu yöntemi kullanarak, üretim süresini birkaç günden birkaç dakikaya indirdik,” diyor Chen.
Bu DNA şeritleri daha sonra Velcro gibi davranarak kuantum çubuklarının, silikat bir yüzeyi kaplayan ince bir film oluşturan bir DNA origami şablonuna yapışmasına yardımcı olur. Bu ince DNA filmi ilk olarak, komşu DNA şablonlarının kenarları boyunca sarkan DNA şeritleri aracılığıyla birleştirilmesiyle kendi kendine bir araya gelme yoluyla oluşturulur.
Araştırmacılar şimdi, yalnızca mikroLED’lerin veya artırılmış gerçeklik/sanal gerçekliğin ötesinde, çok sayıda uygulama için tasarımlarını kuantum çubuklarının cihaz ölçeğindeki düzenlemelerine ölçeklendirmelerine izin verebilecek kazınmış desenlere sahip gofret ölçeğinde yüzeyler oluşturmayı umuyorlar.
“Bu yazıda tarif ettiğimiz yöntem harika çünkü kuantum çubukların nasıl konumlandırıldığına dair iyi bir uzamsal ve yönelimsel kontrol sağlıyor. Sonraki adımlar, birçok farklı uzunluk ölçeğinde programlanmış yapıya sahip, daha hiyerarşik diziler oluşturmak olacak. Bu kuantum çubuk dizilerinin boyutlarını, şekillerini ve yerleşimini kontrol etme yeteneği, her türlü farklı elektronik uygulamaya açılan bir kapıdır,” diyor Macfarlane.
“DNA, bir imalat malzemesi olarak özellikle çekici çünkü gelişmekte olan ABD biyoekonomisine uygun olarak hem ölçeklenebilir hem de sürdürülebilir biyolojik olarak üretilebilir. Bathe, çevre açısından güvenli kuantum çubuklarına geçiş de dahil olmak üzere kalan birkaç darboğazı çözerek bu işi ticari cihazlara dönüştürmek, bundan sonra odaklanacağımız şey” diye ekliyor.
Source: www.nanowerk.com