나노기술 및 정책 정보

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미국 브룩헤이븐 국립 연구소(Brookhaven National Laboratory)와 컬럼비아(Columbia) 대학의 연구진은 공동 연구 수행을 통해 진공, 고온, 고압 및 높은 복사를 견딜 수 있는 나노입자 기반 3D 재료를 설계했다고 보고함.

이 새로운 제조 공정은 다양한 기능성 나노입자 유형을 수용할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 나노제조 방법으로 신속하게 처리할 수 있는 견고하고 완전히 엔지니어링된 나노 스케일 프레임 워크를 생성함.

연구진은 3D DNA-나노입자 구조를 액체 상태의 유연한 재료에서 고체 상태로 변환할 수 있었음. 여기서 실리카는 DNA 스트럿을 강화함. 이 새로운 재료는 DNA-나노입자 격자의 원래 프레임 워크 아키텍처를 완전히 유지하여 본질적으로 3D 무기 복제물을 생성함. 이를 통해 처음으로 이러한 나노물질이 가혹한 조건에 대처할 수 있는 방법, 형성 방법 및 특성이 무엇인지 탐구할 수 있었음.

나노 스케일에서는 재료 특성이 다르며 제조기술은 3D 나노 아키텍처를 실현하는 데 어려움을 겪고 있음. DNA 나노기술은 자기 조립을 통해 나노입자로부터 복잡하게 조직된 물질을 생성할 수 있지만, DNA의 부드럽고 환경 의존적인 특성을 감안할 때 이러한 물질은 좁은 범위의 조건에서만 안정적일 수 있음.

대조적으로, 새로 형성된 재료는 이제 이러한 공학 구조가 필요한 광범위한 응용 분야에서 사용할 수 있음. 기존의 나노제조는 평면 구조를 만드는 데 탁월하지만, 연구진의 새로운 방법을 사용하면 수많은 전자, 광학 및 에너지 응용 분야에서 필수가 되는 3D 나노물질의 제조가 가능함.

연구진은 DNA 사슬을 원하는 2차원 및 3차원 나노구조로 접는 데 의존하는 DNA 나노기술의 최전선에 있으며, 이러한 나노구조는 Watson-Crick 상호작용을 통해 프로그래밍하여 3D 아키텍처로 자체 조립할 수 있는 빌딩 블록이 됨.

이러한 DNA 나노구조를 설계 및 형성하고 나노입자와 통합하며 표적 나노입자 기반 물질의 조립을 지시하고 이제 이 새로운 기술을 통해 연구진은 이러한 재료를 부드럽고 깨지기 쉬운 재료에서 견고한 재료로 전환할 수 있음.

이 새로운 연구는 DNA 스트럿에 의한 입자 간 연결의 토폴로지와 나노입자 조직의 무결성을 유지하면서 3D DNA-나노입자 격자를 실리카 복제본으로 변환하는 효율적인 방법을 보여줌. 실리카는 모 DNA 격자의 나노구조를 유지하는 데 도움이 되고 기본 DNA의 견고한 캐스트를 형성하며 나노입자 배열에 영향을 주지 않기 때문에 잘 작동함.

나노구조의 특성에 대해 자세히 알아보기 위해 연구진은 변환된 실리카 DNA-나노입자 격자를 극한 조건에 노출함. 응용 프로그램 및 추가 처리 단계에 대한 구조의 생존 가능성을 측정하기 위해 연구진은 또한 고선량의 방사선과 집속 이온 빔에 노출되었음.

전통적인 나노제조 기술과 결합하기 위한 이러한 구조의 적용 가능성에 대한 이러한 분석은 새로운 특성을 발견하기 위한 DNA 기반 접근법을 통해 탄력적인 나노물질을 생성하기 위한 진정으로 강력한 플랫폼을 보여줌. 새롭고 전통적인 나노제조 방법의 통합은 기계, 전자, 플라즈 모닉, 광자, 초전도 및 에너지 재료의 발전을 달성하는 데 필요함.

본 연구 성과는 Science Advances ("Resilient three-dimensional ordered architectures assembled from nanoparticles by DNA")에 게재됨.