Onderzoekers van de Universiteit van Toronto hebben inspiratie gehaald uit het fotosynthetische apparaat in planten om een ​​nieuwe generatie nanomaterialen te ontwikkelen die de energie die door licht wordt geabsorbeerd, controleren en sturen.

Hun bevindingen worden gerapporteerd in een volgend nummer van Natuur Nanotechnologie, die op 10 juli verschijnt, 2011.

De U of T-onderzoekers, onder leiding van professoren Shana Kelley en Ted Sargent, rapporteren over de constructie van wat zij 'kunstmatige moleculen' noemen.

"Nanotechnologen zijn al vele jaren gefascineerd door kwantumstippen - halfgeleiderdeeltjes die licht efficiënt kunnen absorberen en uitstralen, en bij op maat gekozen golflengten, " legde co-auteur Kelley uit, een professor aan de Leslie Dan Faculty of Pharmacy, de afdeling Biochemie van de Faculteit Geneeskunde, en de afdeling Scheikunde van de Faculteit der Kunsten &Wetenschappen. "Wat de gemeenschap tot nu toe heeft gemist, is een strategie om structuren van een hogere orde te bouwen, of complexen, uit meerdere verschillende soorten kwantumstippen. Deze ontdekking vult die leemte op."

Het team combineerde zijn expertise in DNA en in halfgeleiders om een ​​algemene strategie uit te vinden om bepaalde klassen nanodeeltjes aan elkaar te binden.

"De eer voor dit opmerkelijke resultaat gaat eigenlijk naar DNA:zijn hoge mate van specificiteit - zijn bereidheid om alleen aan een complementaire sequentie te binden - stelde ons in staat om rationeel ontworpen, designerstructuren uit nanomaterialen, " zei Sargent, een professor in The Edward S. Rogers Sr. Department of Electrical &Computer Engineering aan de Universiteit van Toronto, die ook de Canada Research Chair in Nanotechnology is. "Het verbazingwekkende is dat onze antennes zichzelf hebben gebouwd - we hebben verschillende klassen nanodeeltjes gecoat met geselecteerde sequenties van DNA, combineerde de verschillende families in één beker, en de natuur nam zijn loop. Het resultaat is een prachtige nieuwe set van zelf-geassembleerde materialen met spannende eigenschappen."

Traditionele antennes verhogen de hoeveelheid van een elektromagnetische golf – zoals een radiofrequentie – die wordt geabsorbeerd, en dan die energie naar een circuit leiden. De U of T-nanoantennes verhoogden in plaats daarvan de hoeveelheid licht die wordt geabsorbeerd en leidden het naar een enkele plaats binnen hun molecuulachtige complexen. Dit concept wordt in de natuur al gebruikt in lichtoogstantennes, bestanddelen van bladeren die de fotosynthese efficiënt maken. "Zoals de antennes in radio's en mobiele telefoons, onze complexen vingen verspreide energie op en concentreerden deze op een gewenste locatie. Zoals de antennes voor het oogsten van licht in de bladeren van een boom, onze complexen doen dit met behulp van golflengten die in zonlicht worden gevonden, ’ legde Sargent uit.

"Professoren Kelley en Sargent hebben een nieuwe klasse materialen uitgevonden met geheel nieuwe eigenschappen. Hun inzicht en innovatief onderzoek toont aan waarom de Universiteit van Toronto toonaangevend is op het gebied van nanotechnologie, " zei professor Henry Mann, Decaan van de Leslie Dan Faculteit Farmacie.

"Dit is een geweldig stuk werk dat ons groeiend vermogen aantoont om precieze structuren te assembleren, om hun eigenschappen aan te passen, en om het vermogen in te bouwen om deze eigenschappen te controleren met behulp van externe stimuli, " merkte Paul S. Weiss op, Fred Kavli Chair in NanoSystems Sciences aan de UCLA en directeur van het California NanoSystems Institute.

Kelley legde uit dat het concept dat vandaag in het Nature Nanotechnology-paper wordt gepubliceerd, een breed concept is dat verder gaat dan alleen lichtantennes.

"Wat dit werk laat zien, is dat ons vermogen om materialen op nanoschaal te manipuleren alleen wordt beperkt door de menselijke verbeeldingskracht. Als halfgeleiderkwantumstippen kunstmatige atomen zijn, dan hebben we rationeel kunstmatige moleculen gesynthetiseerd uit deze veelzijdige bouwstenen."