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仿生奈米結構塑形技術

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科技產業資訊室 - 黃松勳 發表於 2018年8月3日

圖、仿生奈米結構塑形技術
矽藻是微小的單細胞生物,棲息在海洋、湖泊、河流和土壤中,它們透過呼吸,可生產全球近四分之一的氧氣,幾乎與世界上的熱帶森林一樣多。除了在生態演化上的成功外,它們還擁有許多卓越的特性,矽藻生活在自己設計的玻璃般(二氧化矽)家中,在顯微之下,呈現著驚人與美學上的各種形貌。矽藻的二氧化矽結構不但具有優雅造型,而且非常堅韌。
 
在Nature期刊上報導,亞歷桑那州立大學(ASU)的科學家與中國科學院、上海交通大學的研究人員合作,共同設計了一系列矽藻狀奈米結構。藉由了天然矽藻所使用的技術,來沉積二氧化矽層,生長出複雜的殼。利用DNA摺紙的技術設計了各種形狀的奈米級平台,通過電荷吸收的二氧化矽顆粒粘附在其上,又稱之為DNA Origami Silicification (DOS)。該方法可生產出尺寸為10-1000奈米的框狀、彎曲和多孔奈米結構,透過調節生長時間,即可精確控制矽殼厚度。
 
研究人員在實驗中設計和建構DNA幾何框架,包括2D十字形、正方形、三角形和DOS-矽藻蜂窩形狀,以及3D立方體、四面體、半球形、環形和橢球形,以單個單元或晶格形式呈現。研究顯示,DOS奈米結構的剛性會隨著生長時間增加而增強。
 
該研究為自然奈米技術創新開闢了一條途徑,以DNA結構作為模板,可以塗上二氧化矽或其他無機材料,包括磷酸鈣、碳酸鈣、氧化鐵或其他金屬氧化物,產生獨特的性質。在生物啟發和仿生方法的無機奈米加工框架下,可任意塑造出3D形狀和功能,並且在奈米電子、奈米光子學和奈米機器人等領域,提供多種潛在的應用價值。(595字;圖1)
 

參考資料:
Single-celled architects inspire new nanotechnology. Science Daily,2018/7/16
Complex silica composite nanomaterials templated with DNA origami. Nature, 2018/7/16


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