Нанолитье под давлением и без

Литейщик, сделав форму, заливает в нее расплавленный металл и получает готовое изделие. А если размеры изделия исчисляются нанометрами? Логично для такой работы взять наноформу. Именно так и поступили ученые из Корнелловского университета во главе с профессором Дан Луо («Nature Nanotechnology», 2008, т. 3, с. 682). Кстати, о работе этой группы по созданию ДНК-геля мы уже рассказывали (см. «Химию и жизнь» 2007 №2).

Итак, американские ученые положили на кремниевую пластинку силоксановую форму с регулярно расположенными отверстиями и стали наливать в них пусть не металл, но металлсодержащую жидкость — водный раствор золотых наношариков в оболочке из коротких фрагментов все той же ДНК. Эта органическая молекула выполняла две функции. Во-первых, она не давала золотым частицами слипнуться в бесформенный ком, а во-вторых, позволяла им соединиться друг с другом строго закономерным образом в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований — точно так же, как соединяются свободные молекулы ДНК.

Как оказалось, изменяя давление над залитой в форму жидкостью, можно создавать структуры двух типов. При высоком давлении вода сильнее испаряется у краев формы, а растворенные наношарики оттесняются к центру капли. Получается диск в центре ячейки. При низком же давлении все происходит с точностью до наоборот и получается контур, повторяющий очертания ячейки. И в том, и в другом случае образуется сверхрешетка, период которой задан размерами ячеек формы, а внутри элементов решетки возникает своя регулярная структура, мотив которой определяют соединяющие золотые шарики молекулы ДНК.

Этим способом можно делать сверхрешетки не только из раствора наночастиц. Простейший водный раствор поваренной соли, залитый в такую же форму, дает сверхрешетку из нанокристаллов хлорида натрия. Причем ориентация их решеток друг относительно друга идентична.

Вообще-то существует много способов изготовления таких сверхрешеток, но, как утверждают авторы работы, никому еще не удалось достичь столь высокой степени регулярности и отсутствия дефектов. А нужны подобные структуры для того, чтобы создавать сверхъемкие устройства памяти, более эффективные системы сбора энергии и сверхчувствительные биосенсоры. Ведь таким способом можно работать не только с золотыми наночастицами, но и с любыми другими, например с квантовыми точками селенида кадмия и сульфида цинка, да и к ДНК помимо наночастиц можно прицепить еще много дополнительных объектов, вроде единичных атомов металлов, изменяющих электрические свойства всей системы.

Фотографии предоставлены Чэн Веньлуном