Một trong những thách thức lớn mà các nhà nghiên cứu công nghệ nano đang đối mặt là tìm hiểu xem các hạt tương tác như thế nào ở cấp độ nano, để thiết kế ra những dụng cụ chắc chắn và đáng tin cậy. Nay một nhóm nhà khoa học ở Mĩ vừa thiết lập một bộ quy tắc cơ bản có thể giúp ích trong công việc này.
Chad Mirkin và các đồng sự tại trường Đại học Northwestern đã đặc biệt khảo sát trường hợp những cấu trúc nano hình thành bởi những hạt nano vàng được nối kết thành mạng bằng ADN. Tuy nhiên, họ cho biết kết quả trên sẽ áp dụng cho bất kì loại hạt nano cầu nào có thể gói đặc khít và kết nối thông qua ADN.
Mục tiêu của nghiên cứu trên là xác định những quy tắc dẫn tới những tương tác nhất định giữa các hạt vàng và ADN, và xây dựng hồ sơ chi tiết của những cấu trúc nano thu được. Sử dụng sự tán xạ tia X góc nhỏ, đội của Mirkin đã xác định đặc trưng cấu trúc cho 41 tinh thể khác nhau nhận một trong chín kiểu mạng. Các nhà nghiên cứu biết rằng đối với từng cấu trúc, họ có thể chỉnh các thông số mạng như kích cỡ và tính ổn định bằng cách điều chỉnh kích cỡ hạt nano và chiều dài của những mối nối ADN. Các phương pháp dùng để tạo ra những mạng nhất định được đúc kết thành một bột gồm sáu quy tắc cơ bản – chúng được trình bày trong một bài báo đăng trên tờ Science.
Những hạt nano bằng vàng được lắp ráp với bộ nối ADN thành những mạng tinh thể trong đó kích cỡ hạt, sự đối xứng tinh thể và các thông số mạng có thể được điều khiển độc lập. Những quy tắc này cho phép xây dựng những vật tương tự cỡ nano của mạng nguyên tử lẫn những mạng không có tương đương khoáng chất xuất hiện trong tự nhiên. Những mạng thể hiện ở đây là Cr3Si, AlB2, CsCl, NaCl và Cs6C60. (Ảnh: Đại học Northwestern)
Chơi cùng những viên bi
“Hãy tưởng tượng có một nắm bi với những màu sắc khác nhau, thí dụ như đỏ, vàng và xanh. Chúng ta có thể lấy những cấu trúc nhỏ xíu đó và gắn ADN vào chúng và để cho bi đỏ đi tới những đốm nhất định, rồi bi vàng và bi xanh đi tới những đốm nhất định, với độ chính xác dưới nano mét”, Mirkin nói. Các nhà nghiên cứu Northwestern giải thích rằng, trên lí thuyết, có thể tuân thủ những quy tắc này để xây dựng nên bất kì loại mạng tinh thể nào. Công trình trên sẽ hỗ trợ các công nghệ nano chế tạo dễ dàng hơn, ví dụ như những tế bào mặt trời có những ma trận hạt nano được thiết kế để khai thác ánh sáng ở hiệu suất cao hơn những công nghệ hiện nay cho phép.
“Khía cạnh tân tiến nhất của nghiên cứu trên là khả năng thiết kế các tinh thể hạt nano”, phát biểu của Alex Travesset, một nhà khoa học vật liệu tại trường Đại học Iowa ở Mĩ. Travesset tin rằng, ở tầm trung hạn, bộ quy tắc trên có thể hỗ trợ việc thiết kế những bộ cảm biến mới và những hệ xúc tác cải tiến.
Oleg Gang, một nhà nghiên cứu vật liệu sinh học nano tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven, cũng tin rằng những quy tắc này có thể giúp phát triển nhiều ứng dụng – như sự khai thác năng lượng mặt trời. “Ở tầm dài hạn hơn, những chất liệu này sẽ có tác động rõ rệt đối với mọi lĩnh vực đời sống của chúng ta, giống như polymer đối với nửa sau của thế kỉ vừa qua”, ông nói.
Nguồn: physicsworld.com
