研究團(tuán)隊(duì)利用特定的納米材料作為原子，特定的DNA作為粘合劑，經(jīng)加熱之后便可獲得所需的晶體。

       近日，美國(guó)西北大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)首次利用DNA和納米粒子制造出了接近完美的單晶體。相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在《自然》雜志上。

       “完美的單晶體在日常生活中應(yīng)用廣泛——鉆石不僅是名貴的飾品，還具有廣泛的工業(yè)用途;藍(lán)寶石可被用于制造激光發(fā)生器，而硅則是重要的電子器件原料。”該校納米學(xué)家、團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Chad A. Mirkin說，“原子在晶格中的位置是否精確，決定了一塊晶體的好壞。”而單晶體連綿不斷且沒有瑕疵的晶格，使其具有獨(dú)特的機(jī)械、光學(xué)以及電磁特性。“現(xiàn)在，我們可以利用DNA和納米粒子來(lái)制造晶體。”Chad A. Mirkin說。

       據(jù)介紹，基于該實(shí)驗(yàn)室最近二十年研制的超結(jié)晶格子技術(shù)，該研究團(tuán)隊(duì)找到了一種獨(dú)特的方法——利用特定的納米材料作為原子，特定的DNA作為粘合劑，經(jīng)加熱之后便可獲得所需的晶體。

       “設(shè)想一下，如果一個(gè)容器中，有一百萬(wàn)個(gè)紅球和藍(lán)球，不管你如何晃動(dòng)容器，這些球都不會(huì)完全均勻混合。”Chad A. Mirkin說，“但是，如果你在一個(gè)充滿納米粒子的容器中添加合適的DNA，然后搖動(dòng)容器，在我們的實(shí)驗(yàn)中，也就是攪拌溶液，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，所有的納米粒子會(huì)被DNA粘連住。”他說：“它們組成了一個(gè)完美的三維晶體。”

       在上述研究中，利用特定的DNA鏈充當(dāng)粘合劑，Chad A. Mirkin帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將散亂的金納米粒子組合成結(jié)構(gòu)有序的晶體。

       研究人員表示，在上述過程中，DNA鏈的長(zhǎng)度和納米粒子尺寸之間的比例非常重要。

       “這一比例直接決定所獲得的晶體質(zhì)量的優(yōu)劣。”團(tuán)隊(duì)成員之一，該校溫伯格學(xué)院化學(xué)教授Olvera de la Cruz說，“這也是該技術(shù)的奇妙之處，你必須擁有正確的比例。”

       她解釋說，DNA鏈的長(zhǎng)度與納米粒子尺寸的比值會(huì)影響晶體表面的能量，進(jìn)而最終決定晶體最后的形狀。在“秘方”之外的比值會(huì)導(dǎo)致晶體表面能量產(chǎn)生波動(dòng)，進(jìn)而難以形成規(guī)則的形狀。Olvera de la Cruz解釋說，合適的比值會(huì)讓能量的波動(dòng)小許多，進(jìn)而促進(jìn)晶體的形成。“目前我們已經(jīng)知曉了一些合適的比例。”

       研究人員表示，DNA的長(zhǎng)度不能比納米粒子的直徑大過多。在上述研究中，每個(gè)納米粒子的直徑在5~20納米之間。而DNA的長(zhǎng)度為18個(gè)堿基對(duì)零六個(gè)單堿基。

       盡管該團(tuán)隊(duì)目前的主要研究對(duì)象是金納米粒子，但是，Chad A. Mirkin表示，這項(xiàng)技術(shù)也可以被應(yīng)用于其他材料。“在經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)之后，我們將能夠制造更大的完美單晶體。而且今后，我們的方法將可以用于制造單晶硅，進(jìn)而極大地促進(jìn)硅電子工業(yè)的發(fā)展。”