به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش بنیان ریاست جمهوری، پژوهشی تازه که با حمایت وزارت انرژی آمریکا انجام شده، افق جدیدی در مهندسی نانومواد گشوده است. در این تحقیق، دانشمندان نشان دادهاند که چگونه میتوان از DNA بهعنوان قالبی هوشمند برای طراحی و ساخت چارچوبهای سهبعدی از مواد غیرآلی استفاده کرد؛ چارچوبهایی که پیش از این، دستیابی به آنها با چنین دقت و کنترلی امکانپذیر نبود.
کنترل ویژگیهای منحصربهفرد مواد غیرآلی، مانند رسانایی الکتریکی، خواص نوری یا پایداری مکانیکی، وابستگی مستقیمی به معماری سهبعدی آنها در مقیاس نانو دارد. دانشمندان مدتهاست در تلاشاند تا بتوانند این معماریهای پیچیده را با دقت بالا طراحی و تولید کنند. در این میان، DNA بهدلیل قابلیت برنامهپذیری ذاتی خود، به ابزاری جذاب برای هدایت نانوذرات و مونتاژ آنها در ساختارهای بزرگتر تبدیل شده است.
در این پژوهش، تیمی از دانشگاه کلمبیا (Columbia University) و آزمایشگاه ملی بروکهیون وابسته به وزارت انرژی آمریکا (Brookhaven National Laboratory) موفق شدهاند رویکردی پلتفرممحور برای تولید چارچوبهای نانوساختار غیرآلی ارائه دهند. آنها با استفاده از داربستهای سهبعدی DNA که بهصورت خودآرا و منظم ساخته شدهاند، توانستهاند قالبهایی دقیق برای تولید مواد غیرآلی متنوع ایجاد کنند. این چارچوبها از فلزات، اکسیدهای فلزی، نیمهرساناها و حتی ترکیبی از این مواد تشکیل شدهاند.
در سالهای گذشته، تحقیقات متعددی به معرفی معماریهای مختلف DNA پرداخته بودند و حتی در برخی موارد، DNA با نانوذرات ترکیب شده بود. با این حال، محدودیتهای عملکردی و استحکام ساختارهای DNA باعث شده بود انتقال این فناوری از محیط آزمایشگاهی به کاربردهای واقعی با دشواری همراه شود. پژوهش جدید، این مانع را با ایدهای خلاقانه برطرف کرده است: «تبدیل» ساختارهای DNA به نسخههایی کاملاً غیرآلی.
در این روش، DNA تنها نقش قالب اولیه را ایفا میکند و پس از آن، ساختار نهایی از مواد غیرآلی شکل میگیرد. برای دستیابی به این هدف، پژوهشگران از دو فناوری مکمل نفوذدهی در فاز مایع و فاز بخار استفاده کردهاند. در نفوذدهی فاز بخار، یک پیشماده شیمیایی بهصورت بخار به شبکه نانومقیاس متصل میشود و امکان نفوذ عمیق ماده به درون ساختار، فراتر از سطح، را فراهم میکند. روش نفوذدهی فاز مایع نیز عملکردی مشابه دارد، با این تفاوت که پیشماده بهصورت مایع مورد استفاده قرار میگیرد.
ترکیب این دو فناوری با پیشرفتهای اخیر در فناورینانو DNA، امکان تولید نانومواد سهبعدی غیرآلی با ترکیبهای گوناگون و حتی چندمادهای را فراهم کرده است. بهگفته پژوهشگران، این سطح از طراحی و کنترل در ساختار سهبعدی نانومواد، تاکنون توسط هیچ فناوری دیگری در دسترس نبوده است.
اهمیت این دستاورد تنها به جنبه علمی آن محدود نمیشود. این پلتفرم جدید میتواند زمینهساز تحولی جدی در کاربردهای عملی باشد؛ از تبدیل و ذخیره انرژی گرفته تا دستکاری نور و توسعه ریزالکترونیک. نانومواد حاصل از این روش، پتانسیل استفاده در باتریهای پیشرفته، سامانههای فوتونیکی، ادوات الکترونیکی نسل آینده و حتی پردازش اطلاعات را دارند.
پژوهشگران تأکید میکنند که این رویکرد پایینبهبالا، راهکاری انعطافپذیر برای پاسخ به چالشهای پیچیده در حوزههایی مانند مکانیک، الکترونیک، فوتونیک، باتری و کاتالیزور فراهم میکند. در واقع، بهجای تکیه بر روشهای سنتی و پرهزینه ساخت از بالا به پایین، این فناوری امکان طراحی مواد از پایه و با نظم اتمی و نانومقیاس را فراهم کرده است.
این تحقیق با بهرهگیری از امکانات پیشرفته مرکز نانومواد کارکردی (Center for Functional Nanomaterials) و منبع نور سنکروترونی ملی شماره دو (National Synchrotron Light Source II) انجام شده است؛ زیرساختهایی که زیر نظر دفتر علوم وزارت انرژی آمریکا فعالیت میکنند. حمایت مالی این پروژه نیز از سوی نهادهای مختلف، از جمله دفتر علوم پایه انرژی وزارت انرژی آمریکا، دفتر پژوهشهای ارتش وزارت دفاع و بنیاد کک (Keck Foundation) تأمین شده است.
به باور تحلیلگران، این دستاورد میتواند نقطه عطفی در مسیر توسعه نانومواد مهندسیشده باشد؛ مسیری که در آن، DNA نهفقط حامل اطلاعات ژنتیکی، بلکه معمار دنیای آینده فناورینانو خواهد بود.
نظر شما