新的大型圖書(shū)館方法被證明對(duì)新材料的快速發(fā)現(xiàn)是有用的
工具比傳統(tǒng)的篩選方法快幾千倍
新材料的發(fā)現(xiàn)定義了不同的文明時(shí)代，因?yàn)樾虏牧向?qū)動(dòng)新能力。然而，為某一特定應(yīng)用確定最佳材料——催化劑、采光結(jié)構(gòu)、生物診斷標(biāo)簽、藥物和電子設(shè)備——傳統(tǒng)上是一項(xiàng)緩慢而艱巨的任務(wù)。選擇幾乎是無(wú)限的，特別是在納米尺度(納米是十億分之一米)，材料的性質(zhì)——光學(xué)、結(jié)構(gòu)、電子、機(jī)械和化學(xué)——可以顯著改變，即使是在固定的成分下。
本周發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上的一項(xiàng)新研究支持了西北大學(xué)(Northwestern University)開(kāi)發(fā)的一種可能具有革命性的新工具的有效性，該工具可以快速測(cè)試數(shù)百萬(wàn)(甚至數(shù)十億)納米顆粒，以確定特定用途的最佳納米顆粒。西北大學(xué)的查德·a·米爾金(Chad a . Mirkin)是這項(xiàng)研究的通訊作者，也是納米技術(shù)研究及其應(yīng)用領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者?！斑@項(xiàng)研究提供了概念證明——這種強(qiáng)大的發(fā)現(xiàn)科學(xué)方法是有效的?！?/p>
這種新型工具以一種非常可控的方式利用了納米粒子的組合文庫(kù)或巨圖書(shū)館。(組合庫(kù)是在表面特定位置編碼的系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)的集合)。這些文庫(kù)是使用Mirkin的聚合物筆光刻(PPL)技術(shù)創(chuàng)建的，該技術(shù)依賴于帶有成千上萬(wàn)個(gè)金字塔形尖端的陣列(數(shù)據(jù)元素集)，將不同尺寸和成分的聚合物“點(diǎn)”沉積在表面上，每個(gè)“點(diǎn)”都裝載著不同的感興趣的金屬鹽。一旦加熱，這些點(diǎn)就會(huì)被還原成金屬原子，形成單一的納米顆粒，其組成和大小都是固定的。
“通過(guò)縮小規(guī)模，我們?cè)诟咄坎牧习l(fā)現(xiàn)方面創(chuàng)造了兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，”溫伯格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院(Weinberg College of Arts and Sciences)喬治·b·拉斯曼(George B. Rathmann)化學(xué)教授米爾金(Mirkin)說(shuō)。麥考密克工程學(xué)院化學(xué)與生物工程、生物醫(yī)學(xué)工程與材料科學(xué)與工程教授;他還是西北大學(xué)國(guó)際納米技術(shù)研究所(IIN)的執(zhí)行主任?！笆紫?，我們可以將數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的功能打包到平方厘米的區(qū)域中，從而創(chuàng)建出迄今為止最大、最復(fù)雜的庫(kù)。”其次，通過(guò)在小于100納米的尺度下工作，大小可以成為一個(gè)庫(kù)參數(shù)，例如，在催化領(lǐng)域中的許多作用都在這個(gè)尺度上。
這項(xiàng)新研究是西北大學(xué)的IIN和美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室合作進(jìn)行的，該實(shí)驗(yàn)室是位于西北大學(xué)的美國(guó)空軍先進(jìn)生物可記錄納米材料卓越中心的一部分。團(tuán)隊(duì)利用megalibrary和原位拉曼spectroscopy-based篩查技術(shù)稱為戰(zhàn)神?識(shí)別Au3Cu(gold-copper組成)作為一種新型催化劑合成單壁碳納米管。(ARES由美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室材料與制造董事會(huì)柔性材料與工藝研究小組組長(zhǎng)丸山本基(Benji Maruyama)和空軍研究實(shí)驗(yàn)室和價(jià)值系統(tǒng)公司研究科學(xué)家拉奧(Rahul Rao)共同開(kāi)發(fā)。)
碳納米管是一種輕質(zhì)、柔韌、比鋼強(qiáng)的分子，用于許多塑料材料的儲(chǔ)能、給藥和性能增強(qiáng)添加劑。整個(gè)篩選過(guò)程只用了不到一周的時(shí)間，比傳統(tǒng)的篩選方法快了數(shù)千倍。
研究合著者丸山說(shuō):“我們能夠迅速找到一種最優(yōu)的成分，這種成分能產(chǎn)生比傳統(tǒng)方法快得多的最高納米管。”“這些發(fā)現(xiàn)表明，我們可能擁有最終的發(fā)現(xiàn)工具——在材料發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域，這可能會(huì)改變游戲規(guī)則?！?/p>
