摘要：研究人員如今希望創(chuàng)造具有刻蝕紋樣的晶片級(jí)表面，這有助于她們擴(kuò)充設(shè)計(jì)應(yīng)用，而不僅僅是或VR/AR設(shè)備。
集成量子點(diǎn)的平板電視已經(jīng)商用。但是，制造它們的“量子棒(rod)”陣列對(duì)于商業(yè)設(shè)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(xiàn)實(shí)設(shè)備生成3D圖象。
麻省理工大學(xué)的工程師團(tuán)隊(duì)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(jìn)而調(diào)節(jié)方向，這是決定陣列發(fā)射光偏振光的關(guān)鍵誘因，使向虛擬場(chǎng)景添加深度和維度顯得愈發(fā)容易。
MarkBathe是麻省理工大學(xué)生物工程院士，同時(shí)也是這項(xiàng)新研究的資深作者，他說:“量子棒技術(shù)的一大挑戰(zhàn)是:怎樣在納米級(jí)別上進(jìn)行排列，讓它們都指向同一個(gè)方向?當(dāng)它們?cè)?D表面上都指向同一方向時(shí)，它們?cè)谂c光互相作用和控制其偏振光方面都具有相同的特點(diǎn)。”
該研究成果以“denseDNAofdotsandrodsfor2Darraywith”為題，被發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。麻省理工大學(xué)博士后ChiChen和XinLuo是這篇論文的主要作者。該論文的其他聯(lián)合作者分別是材料科學(xué)與工程副院長(zhǎng)、博士和物理院長(zhǎng)Wolfe。
納米級(jí)結(jié)構(gòu)
在過去15年里，Bathe和其他人在DNA納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造方面處于領(lǐng)先地位量子通訊陣列，該技術(shù)也被稱為DNA折紙。DNA是一種高度穩(wěn)定和可編程的分子，是用于各類應(yīng)用的微型結(jié)構(gòu)的理想材料，包括輸送抗生素、充當(dāng)生物傳感，或產(chǎn)生光捕獲材料的支架。
通過DNA折紙技術(shù)得到的各種結(jié)布光形
Bathe的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出一種估算方式，讓研究人員只需簡(jiǎn)單輸入她們想要?jiǎng)?chuàng)建的納米級(jí)形狀，程序都會(huì)估算出才能自組裝成正確形狀的DNA序列。她們還開發(fā)出了其他可擴(kuò)充的制造方式，將量子點(diǎn)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(kuò)充的生物制造將量子點(diǎn)固定在精確的位置。在此工作的基礎(chǔ)上，她們與麥克法蘭實(shí)驗(yàn)室合作，共同解決將量子棒排列成二維陣列的挑戰(zhàn)，這愈發(fā)困難，由于量子棒須要沿同一方向?qū)R。
現(xiàn)有的方式是借助織物的機(jī)械磨擦或電場(chǎng)將量子棒掃向一個(gè)方向，進(jìn)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(fā)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(huì)“淬滅”或抑制門口量子棒的光。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員設(shè)計(jì)了一種將量子棒附著到磚石狀的矩形DNA結(jié)構(gòu)上的方式，用以保持理想的距離。之后將這種DNA結(jié)構(gòu)附著在一個(gè)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(jí)DNA結(jié)構(gòu)上，因而現(xiàn)今可以通過在2D表面上自組裝來對(duì)所有那些量子棒進(jìn)行紋樣化，而且可以在等不同應(yīng)用所需的微米尺度上實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。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(dāng)距離，如同拼圖一樣。”
組裝拼圖
作為使這些技巧發(fā)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(fā)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(jìn)而使DNA分子在量子棒表面產(chǎn)生致密層。
這個(gè)過程只須要幾分鐘，比現(xiàn)有任何將DNA附著到納米級(jí)粒子上的方式都要快，這可能是實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用的關(guān)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(tuán)，就能立刻被推到納米級(jí)顆粒的表面。這些方式可以將制造時(shí)間從幾天降低到只要幾分鐘。”
這種DNA鏈如同魔術(shù)貼一樣把量子棒粘在DNA折紙模板上，產(chǎn)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(chǎn)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(lián)接在一起。
研究人員如今希望創(chuàng)造具有刻蝕紋樣的晶片級(jí)表面，這有助于她們擴(kuò)充設(shè)計(jì)應(yīng)用，而不僅僅是或VR/AR設(shè)備。
表示：“我們?cè)谡撐闹忻枋龅姆绞胶馨簦捎谒梢酝玫乜刂屏孔影舻目臻g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(jié)構(gòu)。控制那些量子棒陣列的大小、形狀和位置的技術(shù)是通往各類不同電子應(yīng)用的門戶。”
Bathe補(bǔ)充道：“DNA是一種別具魅力的制造材料，由于生物生產(chǎn)既可擴(kuò)充又可持續(xù)。下一步的重點(diǎn)是通過解決剩下的幾個(gè)困局問題，包括轉(zhuǎn)向?qū)Νh(huán)境來說更安全的量子棒等，因而把這項(xiàng)技術(shù)轉(zhuǎn)向商業(yè)。”
本文編譯自：
編譯/R星人（文中未標(biāo)明的圖片均來始于網(wǎng)路）
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