摘要：研究人員如今希望創造具有刻蝕紋樣的晶片級表面，這有助于她們擴充設計應用，而不僅僅是或VR/AR設備。
集成量子點的平板電視已經商用。但是，制造它們的“量子棒(rod)”陣列對于商業設備來說要苦難得多。量子棒可以控制光的偏振光和顏色，為虛擬現實設備生成3D圖象。
麻省理工大學的工程師團隊借助折疊DNA制成的支架，提出了一種精確組裝量子棒陣列的新方式。她們通過以高度受控的方法將量子棒沉積到DNA支架上，進而調節方向，這是決定陣列發射光偏振光的關鍵誘因，使向虛擬場景添加深度和維度顯得愈發容易。
MarkBathe是麻省理工大學生物工程院士，同時也是這項新研究的資深作者，他說:“量子棒技術的一大挑戰是:怎樣在納米級別上進行排列，讓它們都指向同一個方向?當它們在2D表面上都指向同一方向時，它們在與光互相作用和控制其偏振光方面都具有相同的特點。”
該研究成果以“denseDNAofdotsandrodsfor2Darraywith”為題，被發表在《科學進展》上。麻省理工大學博士后ChiChen和XinLuo是這篇論文的主要作者。該論文的其他聯合作者分別是材料科學與工程副院長、博士和物理院長Wolfe。
納米級結構
在過去15年里，Bathe和其他人在DNA納米結構的設計和制造方面處于領先地位量子通訊陣列，該技術也被稱為DNA折紙。DNA是一種高度穩定和可編程的分子，是用于各類應用的微型結構的理想材料，包括輸送抗生素、充當生物傳感，或產生光捕獲材料的支架。
通過DNA折紙技術得到的各種結布光形
Bathe的實驗室開發出一種估算方式，讓研究人員只需簡單輸入她們想要創建的納米級形狀，程序都會估算出才能自組裝成正確形狀的DNA序列。她們還開發出了其他可擴充的制造方式，將量子點整合到那些基于DNA的材料中。
Bathe和Chen在2022年的一篇論文中表明，她們可以使用DNA通過可擴充的生物制造將量子點固定在精確的位置。在此工作的基礎上，她們與麥克法蘭實驗室合作，共同解決將量子棒排列成二維陣列的挑戰，這愈發困難，由于量子棒須要沿同一方向對齊。
現有的方式是借助織物的機械磨擦或電場將量子棒掃向一個方向，進而制造出排列整齊的量子棒陣列。這些技巧療效比較局限，由于高效的發光要求鞭毛體彼此之間保持起碼10納米的距離，這樣它們就不會“淬滅”或抑制門口量子棒的光。
為了實現這一目標，研究人員設計了一種將量子棒附著到磚石狀的矩形DNA結構上的方式，用以保持理想的距離。之后將這種DNA結構附著在一個表面上，像拼圖一樣組合在一起。
Bathe表示:“量子棒以相同的方向放置在納米級DNA結構上，因而現今可以通過在2D表面上自組裝來對所有那些量子棒進行紋樣化，而且可以在等不同應用所需的微米尺度上實現這一點。你可以將它們定向到可控的特定方向，并讓它們彼此保持適當距離，如同拼圖一樣。”
組裝拼圖
作為使這些技巧發揮作用的第一步，研究人員必須想出一種將DNA鏈附著到量子棒上的技巧。因此，ChiChen開發了一種工藝，將DNA乳化，使之與量子棒混和，之后迅速使混和物脫水，進而使DNA分子在量子棒表面產生致密層。
這個過程只須要幾分鐘，比現有任何將DNA附著到納米級粒子上的方式都要快，這可能是實現商業應用的關鍵。
Chen表示：“這種方式的奇特之處在于它幾乎普遍適用于任何與納米顆粒表面有親和力的親水官能團，就能立刻被推到納米級顆粒的表面。這些方式可以將制造時間從幾天降低到只要幾分鐘。”
這種DNA鏈如同魔術貼一樣把量子棒粘在DNA折紙模板上，產生一層薄膜，覆蓋在硅酸鹽表面上。這些DNA薄膜首先是通過自組裝產生的量子通訊陣列，通過順著DNA模板邊沿伸開的DNA鏈將相鄰的DNA模板聯接在一起。
研究人員如今希望創造具有刻蝕紋樣的晶片級表面，這有助于她們擴充設計應用，而不僅僅是或VR/AR設備。
表示：“我們在論文中描述的方式很棒，由于它可以挺好地控制量子棒的空間和方向定位。接出來要制做更分層的鏈表，帶寬度不等的編程結構。控制那些量子棒陣列的大小、形狀和位置的技術是通往各類不同電子應用的門戶。”
Bathe補充道：“DNA是一種別具魅力的制造材料，由于生物生產既可擴充又可持續。下一步的重點是通過解決剩下的幾個困局問題，包括轉向對環境來說更安全的量子棒等，因而把這項技術轉向商業。”
本文編譯自：
編譯/R星人（文中未標明的圖片均來始于網路）
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