گجت نیوز آخرین اخبار تکنولوژی، علم و خودرو 
دانشمندان موفق شدهاند با بهرهگیری از DNA، ساختارهای مولکولی سهبعدی را با دقتی بیسابقه طراحی و تولید کنند.
دانشمندان حوزه شیمی با استفاده از قابلیتهای منحصربهفرد DNA بهعنوان یک قالب و ابزار مهندسی در مقیاس نانو، موفق شدهاند رویکردی نوین برای طراحی و ساخت مواد غیرآلی با ساختارهای دقیق و قابلکنترل ارائه دهند. به گفته محققان، این دستاورد میتواند تحولی بنیادین در حوزههایی همچون انرژیهای نو، الکترونیک پیشرفته و پردازش اطلاعات ایجاد کند.
دگرگونی ساخت مواد هوشمند با طراحی سهبعدی توسط DNA
پژوهشی تازه که با حمایت وزارت انرژی ایالات متحده در خصوص طراحی سهبعدی با DNA انجام شده، چشمانداز تازهای پیشروی مهندسی نانومواد قرار داده و نشان میدهد چگونه میتوان از دی ان ای بهعنوان یک قالب هوشمند و برنامهپذیر برای طراحی و ساخت چارچوبهای سهبعدی از مواد غیرآلی بهره گرفت که دستیابی به آنها با چنین سطحی از دقت پیش از این عملاً امکانپذیر نبود.
در این تحقیق تأکید شده است که کنترل ویژگیهای کلیدی مواد غیرآلی از جمله رسانایی الکتریکی، خواص نوری، پایداری مکانیکی و حتی رفتار شیمیایی، بهطور مستقیم به معماری سهبعدی آنها در مقیاس نانو وابسته است. از همین رو، دانشمندان سالها تلاش کردهاند روشهایی بیابند که امکان طراحی و تولید این معماریهای پیچیده را با دقت بالا و تکرارپذیری مناسب فراهم کند.
- دانشمندان حالت جدیدی از ماده بین مایع و جامد را کشف کردند
- وعده ایلان ماسک برای جراحی خودکار مغز و تولید انبوه تراشه نورالینک در سال ۲۰۲۶
- دانشمندان هشدار دادند: یک قارچ کشنده و مقاوم در برابر دارو، مردم سراسر جهان را تهدید میکند
در این میان DNA بهدلیل قابلیت برنامهریزی ذاتی، خودآرایی منظم و امکان مهندسی دقیق توالیها به گزینهای ایدهآل برای هدایت نانوذرات و مونتاژ آنها در ساختارهای بزرگتر و منظم تبدیل شده است. در چارچوب این پژوهش، تیمی مشترک از دانشگاه کلمبیا و آزمایشگاه ملی بروکهیون وابسته به وزارت انرژی آمریکا موفق شدهاند یک رویکرد پلتفرممحور برای تولید چارچوبهای نانوساختار غیرآلی ارائه دهند.
آنها با طراحی و ساخت داربستهای سهبعدی DNA که بهصورت خودآرا و با نظم هندسی دقیق شکل میگیرند، قالبهایی بسیار دقیق ایجاد کردهاند که میتوان از آنها برای سنتز طیف گستردهای از مواد غیرآلی استفاده کرد. این چارچوبها قابلیت میزبانی مواد مختلفی از جمله فلزات، اکسیدهای فلزی، نیمهرساناها و حتی ساختارهای ترکیبی را دارند و همین موضوع، دامنه کاربرد این روش را بهطور قابلتوجهی گسترش میدهد.
تبدیل سازههای DNA به ساختارهای کاملاً غیرآلی
در سالهای گذشته، مطالعات متعددی به معرفی معماریهای متنوع DNA و ترکیب آنها با نانوذرات پرداخته بودند؛ با این حال، محدودیتهای ذاتی DNA از نظر استحکام مکانیکی، پایداری حرارتی و عملکرد بلندمدت باعث شده بود انتقال این فناوریها از محیطهای کنترلشده آزمایشگاهی به کاربردهای صنعتی و واقعی با چالشهای جدی روبهرو شود. پژوهش جدید این مانع اساسی را هدف قرار داده و به تبدیل ساختارهای مبتنی بر DNA به نسخههایی کاملاً غیرآلی وابسته است. به این ترتیب، دقت و نظم معماری DNA حفظ میشود، اما ضعفهای عملکردی آن کنار گذاشته شده و ساختار نهایی از نظر پایداری و کارایی برای کاربردهای عملی آمادهتر میشود.
در این رویکرد نوآورانه، DNA صرفاً بهعنوان قالب اولیه و راهنمای ساخت به کار گرفته میشود و پس از انجام فرآیندهای لازم ساختار نهایی بهطور کامل از مواد غیرآلی شکل میگیرد. بهمنظور تحقق این هدف، پژوهشگران از ترکیب دو فناوری مکمل نفوذدهی در فاز مایع و نفوذدهی در فاز بخار بهره بردهاند که امکان پوششدهی یکنواخت و نفوذ عمیق مواد را در چارچوبهای نانومقیاس فراهم میکند.
همافزایی نفوذدهی فاز مایع و بخار
در روش نفوذدهی فاز بخار، یک پیشماده شیمیایی به شکل بخار وارد شبکه نانومقیاس میشود و بهدلیل ماهیت گازی خود میتواند نهتنها سطح، بلکه لایههای درونی و بخشهای پیچیده ساختار سهبعدی را نیز در بر بگیرد. این ویژگی باعث میشود ماده غیرآلی بهصورت یکنواخت در سراسر قالب توزیع شود. در مقابل نفوذدهی فاز مایع عملکردی مشابه دارد، با این تفاوت که پیشماده به شکل محلول یا مایع مورد استفاده قرار میگیرد و برای برخی ترکیبها یا واکنشهای شیمیایی خاص، کنترل بیشتری بر فرآیند رسوبدهی فراهم میکند.
ترکیب هدفمند این دو روش به پژوهشگران اجازه داده است محدودیتهای هرکدام را برطرف کرده و به دقت بالاتری در شکلدهی نانوساختارها دست یابند. بهگفته محققان همافزایی این فناوریها با پیشرفتهای اخیر در نانوفناوری مبتنی بر DNA، امکان تولید نانومواد سهبعدی غیرآلی با ترکیبهای متنوع و حتی ساختارهای چندمادهای را فراهم کرده است که میتوانند شامل لایهها یا بخشهایی با عملکردهای متفاوت در یک چارچوب واحد باشند.
- اکسیژن تاریک در اعماق دریا کشف شد
- برنده نوبل شیمی به دنبال استخراج آب از بیابانهای امارات است
- این ماده میتواند تا 2000 درجه حرارت را تحمل کند؛ ناسا آن را از چه چیزی ساخته است؟
پژوهشگران تأکید میکنند که چنین سطحی از طراحی، انعطافپذیری و کنترل دقیق بر معماری سهبعدی نانومواد تاکنون توسط هیچ فناوری شناختهشده دیگری در دسترس نبوده است. اهمیت این دستاورد فراتر از یک پیشرفت صرفاً آزمایشگاهی است. این پلتفرم جدید میتواند زمینهساز تحول در طیف گستردهای از کاربردهای عملی باشد؛ از حوزه تبدیل و ذخیره انرژی گرفته تا کنترل و دستکاری نور و توسعه ریزالکترونیک پیشرفته.
DNA معمار نانومواد آینده خواهد بود
نانومواد تولیدشده با این روش، پتانسیل استفاده در باتریهای نسل جدید، سامانههای فوتونیکی، ادوات الکترونیکی آینده و حتی فناوریهای پردازش اطلاعات را دارند که همگی به مواد با ساختار دقیق و خواص قابل تنظیم وابستهاند. پژوهشگران همچنین تأکید میکنند که این رویکرد پایینبهبالا، راهکاری منعطف و کارآمد برای پاسخ به چالشهای پیچیده در حوزههایی نظیر مکانیک، الکترونیک، فوتونیک، فناوری باتری و کاتالیزورها فراهم میکند.
برخلاف روشهای سنتی بالابهپایین که معمولاً پرهزینه، انرژیبر و محدود از نظر دقت هستند، این فناوری امکان طراحی مواد از پایه با نظم اتمی و کنترل نانومقیاس را فراهم میسازد. به نقل از ستاد نانو، این پژوهش با استفاده از زیرساختهای پیشرفته مرکز نانومواد کارکردی (Center for Functional Nanomaterials) و منبع نور سنکروترونی ملی شماره دو (National Synchrotron Light Source II) انجام شده است که تحت نظارت دفتر علوم وزارت انرژی آمریکا فعالیت میکنند و نقش کلیدی در پیشبرد پژوهشهای مرزی در علوم مواد دارند.
حمایت مالی این پروژه نیز از سوی نهادهای مختلفی از جمله دفتر علوم پایه انرژی وزارت انرژی آمریکا، دفتر پژوهشهای ارتش وزارت دفاع ایالات متحده و بنیاد کِک (Keck Foundation) تأمین شده است. به باور تحلیلگران این دستاورد میتواند نقطه عطفی در مسیر توسعه نانومواد مهندسیشده باشد که در آن، DNA دیگر صرفاً حامل اطلاعات ژنتیکی نیست، بلکه بهعنوان معمار ساختارهای پیچیده در دنیای آینده فناوری نانو نقشآفرینی میکند.