用DNA包绕碳纳米管指导纳米管排列

【字体: 时间:2006年10月08日 来源:生物通

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  生物通报道:从1991年被发现以来,纳米碳管(carbon nanotube,CNT) 日益令人瞩目。最近Lehigh大学与DuPont、MIT合作,从美国国家科学基金委员会(National Science Foundation)获得长达4年,高达125万美元资助,希望开发DNA-CNT螺旋体功能,使其能够协助整理、排列纳米管。

  

生物通报道:从1991年被发现以来,纳米碳管(carbon nanotube,CNT) 日益令人瞩目。这些卷曲状的石磨虽然微小到肉眼不可见,但是硬度比钻石还高,由有机物构成,可以呈现出多种形式,具有金属或者半导体的特性,有望发展为纳米电子学(nanoelectronic)、医学的首选材料、成为新型传感器光传感器和合成原料的加固成分。


CNT投入应用需要克服一些障碍,比如CNT像意大利的天使面(angel-hair pasta)一样有相互聚集的倾向。为了更好地对其利用首先要了解CNT的结构,以及纳米管的加工方法、纳米管在基质上的排列方式、作用机制。

最近Lehigh大学与DuPont、MIT合作,从美国国家科学基金委员会(National Science Foundation)获得长达4年,高达125万美元资助,用于开发、研究对溶液中CNT进行操作的新方法,以期解决上述难题。

若干年前,DuPont一支研究小组发现DNA可以根据其电性对CNT进行分离。文章发表于Science,并被《财富》杂志评为2003年五大纳米成就之一。有研究证实单链DNA缠绕单壁CNT(single-walled),即在纳米管外包绕DNA螺旋能够协助CNT散布。Lehigh大学与DuPont、MIT和科内尔等大学的研究人员通过美国科学基金会 Nanoscale Interdisciplinary Research Team (NIRT)计划和为促进学术界与产业联络关系之专款(Grant opportunities for Academic Liaison with Industry,GOALI)进行合作,希望利用这种DNA-CNT螺旋体协助整理、排列纳米管。


NIRT小组的两项主要任务:将CNT以特定的密度和特定的方向附着于一种基质上,并且对不同CNT进行分类。为了完成任务,研究小组需要弄清DNA-CNT的结构,推测DNA序列和CNT类型,设计实验对CNT的分布和分离进行控制。

NIRT计划由Lehigh CAMN's Nanocharacterization 实验室材料和工程学教授Kiely监管,理论工作由Lehigh大学物理学副教授Rotkin审查。Rotkin负责确定纳米管的角度,特别是当有DNA包绕时CNT能带隙(bandgap)结构的改变。他利用量子场(quantum-field)分析方法和量子力学计算方法(quantum-mechanical calculations)对由不同类型DNA包绕的不同类型CNT进行检测。“有DNA包绕的CNT的原始特征是否会保留取决于包绕的几何学结构,” Rotkin说“某些时候,CNT原本是金属性质的,没有能带隙。加入DNA链有可能导致CNT之间产生能带隙。能带隙结构和DNA-CNT螺旋体的特征第一取决于CNT的本身性质,第二取决于DNA的包绕形式。”

Rotkin等已能够对能带隙结构进行检测,绘制不同的DNA诱导电荷产生的区域。“或多或少我们了解到一些关于DNA缠绕导致CNT能带隙改变的性质。纳米管的种类太多了,CNT的缠绕方式也太多了。” (生物通记者 子元)

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