前沿科技之DNA石墨烯納米結(jié)構(gòu)

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據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)4月11日（北京時(shí)間）報(bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的科學(xué)家，利用DNA構(gòu)建出具有獨(dú)特電子特性的石墨烯納米結(jié)構(gòu)，向大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯電子芯片邁出了非常重要的一步。該研究成果發(fā)表在近期《自然·通訊》雜志上。
科學(xué)家通過(guò)控制DNA序列，操縱分子形成不同折疊形狀的DNA納米結(jié)構(gòu)，以此為模板，可以進(jìn)而控制無(wú)機(jī)材料的納米結(jié)構(gòu)，從而在一個(gè)碳原子厚的石墨烯片上形成不同的納米級(jí)圖案。

' P  E/ \$ I4 ~5 E4 N7 M. j( G這些DNA納米結(jié)構(gòu)是采用一種名為DNA單鏈片的方法在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出來(lái)的。這種人工合成的DNA單鏈片有點(diǎn)像兒童玩具，每個(gè)單鏈片可以與四個(gè)特定的結(jié)構(gòu)相結(jié)合，環(huán)環(huán)相扣，進(jìn)而可以形成指定形狀的DNA納米結(jié)構(gòu)。目前研究人員利用這種DNA單鏈片可以構(gòu)造出100多種復(fù)雜的納米級(jí)別的圖案。

由于DNA曝露在陽(yáng)光和氧氣下會(huì)發(fā)生降解，并會(huì)與其他分子發(fā)生反應(yīng)，因此不是理想的材料。研究人員遂將編碼的DNA結(jié)構(gòu)信息轉(zhuǎn)移到更為穩(wěn)定的石墨烯上去。首先，研究人員利用氨基比林將DNA固定在石墨烯的表面，然后在DNA的表面涂上銀，再在銀上面沉淀金。分子表面覆蓋了黃金后，就可形成穩(wěn)定的金屬化的DNA，利用等離子體蝕刻技術(shù)，可以除掉未被覆蓋的石墨烯，形成與DNA原始形狀相同的石墨烯結(jié)構(gòu)，最后再利用氰化鈉去除金屬化的DNA。
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研究小組利用這種技術(shù)創(chuàng)建了很多種形狀，包括環(huán)和絲帶等。他們發(fā)現(xiàn)，盡管大多數(shù)的結(jié)構(gòu)信息沒有發(fā)生變化，但在DNA金屬化的過(guò)程中會(huì)損失一些結(jié)構(gòu)信息，因此該技術(shù)不如電子束光刻技術(shù)精確。但利用電子束光刻技術(shù)構(gòu)建石墨烯納米結(jié)構(gòu)，成本高、耗時(shí)長(zhǎng)、難于規(guī)?；a(chǎn)。

科學(xué)家特別感興趣的結(jié)構(gòu)是石墨烯絲帶。它非常窄，可限制材料的電子。石墨烯通常沒有能帶隙，而這是典型的晶體管所必需的特性。但石墨烯絲帶則具有能帶隙，所以可以作為電子電路組件?？茖W(xué)家對(duì)石墨烯環(huán)也非常感興趣，因?yàn)榭梢岳闷渥鳛榱孔痈缮婢w管。

; v' }2 A* k  K從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種DNA納米結(jié)構(gòu)加工方式有助于研究人員設(shè)計(jì)和構(gòu)建石墨烯電子電路。構(gòu)建石墨烯電子電路一直是科學(xué)家的夢(mèng)想，但如何將納米線或納米管這些微小的碳結(jié)構(gòu)放置到石墨烯片上一直是一個(gè)無(wú)法解決的難點(diǎn)。利用金屬化DNA處理石墨烯結(jié)構(gòu)，使這一過(guò)程變得十分容易。美國(guó)加州大學(xué)化學(xué)和環(huán)境工程系教授羅伯特·哈登認(rèn)為，這種新方法的概念十分新穎，展現(xiàn)了金屬化DNA制備石墨烯電子電路的潛力，必將促進(jìn)石墨烯納米電子設(shè)備的研究與開發(fā)。

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