(PhysOrg.com) -- Nanomaterialen naar een nieuw niveau van structurele complexiteit brengen, wetenschappers hebben vastgesteld hoe ze knikken kunnen introduceren in pijlrechte nanodraden, ze transformeren in zigzaggende twee- en driedimensionale structuren met overeenkomstige geavanceerde functies.

Het werk wordt deze week beschreven in het journaal Natuur Nanotechnologie door onderzoekers van de universiteit van Harvard onder leiding van Bozhi Tian en Charles M. Lieber.

Onder andere mogelijke toepassingen, de auteurs zeggen, de nieuwe technologie zou een nieuwe benadering op nanoschaal kunnen bevorderen voor het detecteren van elektrische stromen in cellen en weefsels.

"We zijn erg enthousiast over de vooruitzichten die dit onderzoek biedt voor nanotechnologie, " zegt Lieber, Mark Hyman, Jr. hoogleraar scheikunde aan de faculteit der kunsten en wetenschappen van Harvard. "Bijvoorbeeld, onze nanostructuren maken de integratie van actieve apparaten in nano-elektronische en fotonische circuits mogelijk, evenals totaal nieuwe benaderingen voor extra- en intracellulaire biologische sensoren. Dit laatste gebied is er een waar we al spannende nieuwe resultaten hebben, en een waarvan we geloven dat het de manier kan veranderen waarop veel elektrische opnames in de biologie en de geneeskunde worden uitgevoerd."

De benadering van Lieber en Tian omvat de gecontroleerde introductie van driehoekige "stereocentra" -- in wezen, vaste 120º verbindingen -- in nanodraden, structuren die voorheen star lineair waren. Deze stereocentra, analoog aan de chemische knooppunten in veel complexe organische moleculen, knikken introduceren in 1-D nanostructuren, transformeren in meer complexe vormen.

De onderzoekers konden stereocentra introduceren als zelfgeassembleerde nanodraden. Ze stopten de groei van de 1-D nanostructuren gedurende 15 seconden door belangrijke gasvormige reactanten te verwijderen uit het chemische brouwsel waarin het proces plaatsvond, het vervangen van deze reactanten nadat verbindingen in de nanostructuren waren ingebracht. Deze aanpak resulteerde in een opbrengst van 40 procent aan gebogen nanodraden, die vervolgens kunnen worden gezuiverd om hogere opbrengsten te bereiken.

"De stereocentra verschijnen als 'kinks, ' en de afstand tussen knikken is volledig gecontroleerd, " zegt Tian, een onderzoeksassistent bij de afdeling Scheikunde en Chemische Biologie van Harvard. "Bovendien, we hebben de algemeenheid van onze aanpak aangetoond door synthese van 2D-silicium, germanium, en cadmiumsulfide nanodraadstructuren."

Het onderzoek van Lieber en Tian is het laatste in een jarenlange poging van wetenschappers om de samenstelling en structuur van nanodraden tijdens de synthese te controleren. Ondanks de vooruitgang op deze gebieden, het vermogen om het ontwerp en de groei van zelfassemblerende nanostructuren te beheersen, is beperkt.

Het werk van Lieber en Tian gaat nog een stap verder met de vorming van 2D-nanostructuren door de introductie van elektronische apparaten in de stereocentra mogelijk te maken.

"Een belangrijk concept dat uit deze onderzoeken naar voren kwam, is het voor het eerst introduceren van functionaliteit op gedefinieerde nanoschaalpunten - met andere woorden, nanodevices die zichzelf kunnen labelen, '" zegt Lieber. "We hebben deze nieuwe mogelijkheid geïllustreerd door pn-diodes en veldeffecttransistoren precies in de stereocentra in te voegen."

Dergelijke zelfgelabelde structuren zouden de mogelijkheid kunnen openen om nano-elektronica, fotodetectoren, of biologische sensoren in complexe structuren op nanoschaal.

Bron:Harvard University (nieuws:web)