Een team van chemische en biologische ingenieurs heeft in samenwerking met een groep nanotechnologen van de Northwestern University in Illinois een soort supersterk colloïdaal kristalmetamateriaal ontwikkeld door metalen nanostructuren aan elkaar te lijmen met behulp van DNA-strengen.

In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances , beschrijft de groep hoe ze hun techniek ontwikkelden en mogelijke toepassingen voor de soorten producten die ze maakten.

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat zeer kleine metamaterialen in een grote verscheidenheid aan toepassingen kunnen worden gebruikt. In deze nieuwe poging zette het onderzoeksteam de volgende stap in dergelijk onderzoek door nog kleinere metamaterialen te bouwen – die op nanoschaal. Om deze prestatie te bereiken, begonnen ze met het construeren van metalen nanodeeltjes in verschillende vormen:sommige waren bijvoorbeeld massieve vierkanten, andere holle vierkanten. Sommige hadden bovendien afgeplatte hoeken, terwijl andere waren gemaakt van materiaal dat slechts de randen van een kubus vormde.

Vervolgens synthetiseerde het team DNA-strengen en bracht deze vervolgens, als lijm uit een lijmpistool, aan op de randen en/of zijkanten van paren van de nanodeeltjes, om ze bij elkaar te houden. Het DNA diende als lijm, waardoor de onderzoekers colloïdale kristalmetamaterialen in vrijwel elke gewenste vorm konden creëren door meerdere nanodeeltjes aan elkaar te lijmen – enigszins vergelijkbaar met de structuur van Lego-blokken. Bij het creëren van verschillende vormen ontdekte het team dat ze ook metamaterialen met verschillende eigenschappen konden bouwen.

Bij het testen van enkele eigenschappen van de metamaterialen die ze creëerden, ontdekten ze dat ze er enkele konden bouwen die ultrasterk en extreem stijf waren. Ze ontdekten bijvoorbeeld dat sommige ervan sterker waren dan soortgelijke materialen gemaakt van nikkel. Ze ontdekten ook dat velen van hen hun vorm konden behouden als ze werden blootgesteld aan extreme hoeveelheden druk, een eigenschap die nuttig zou kunnen zijn bij het maken van producten die bedoeld zijn voor gebruik in ruimtetoepassingen.

Het onderzoeksteam ontdekte ook dat ze, door de hoeveelheid DNA aan te passen en de manier waarop het werd toegepast, de interacties konden controleren tussen de bouwstenen waaruit de metamaterialen bestonden – een eigenschap, zo merken ze op, die zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe of betere soorten DNA. elektronische apparaten, vooral apparaten die in medische toepassingen worden gebruikt. Omdat dergelijk materiaal lichter zou zijn dan de materialen die momenteel worden gebruikt, zouden ze efficiënter zijn.

Meer informatie: Yuanwei Li et al, Ultrasterke colloïdale kristalmetamaterialen ontwikkeld met DNA, Wetenschappelijke vooruitgang (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj8103

Journaalinformatie: Wetenschappelijke vooruitgang

© 2023 Science X Netwerk