اوریگامیِ dna، انقلابی در تولید فرا ماده

[Rez@ee]

اولین فرا‌ماده[1] برای منحرف کردن امواج میکرویو[2] به شیوه‌های که مواد معمولی توانایی انجام آن را ندارند، در سال 2003 طراحی شد. این ماده از قطعات C شکل فلزی و سیم‌هایی که در ساختار لانه زنبور بهم متصل می‌شوند، ساخته ‌شده است. اندازه این فرا‌ماده مهم است. اِلمان های فعال در فرا‌ماده و ساختار تکراری آن باید کوچک‌تر از طول موج نوری باشد که برای نفوذ به آن طراحی شده‌است. به همین دلیل قطعات C شکل فلزی که فیزیک‌دانان آنها را تشدید‌گرهای حلقوی دو تیکه می‌نامند در کل چند میلیمتر هستند. یعنی برای اینکه بتوان ساختار کلی آنرا بدون زحمت و با دست سرهم بندی کرد، به حد کافی بزرگ هستند.
این مساله پرسش روشنی را پیش می‌آورد: چگونه می‌توان قطعاتی مشابه ساخت که در طول موج‌های کوچک‎‌تر کار کند.
برای نور فروسرخ، اِلِمان‌های فعال باید بشکل ساختار تکرار شونده در مقیاس چند صد نانومتر طراحی شوند که با روش‌های لیتوگرافی امروزی کار دشواری نیست.
ولی برای نور مرئی، ساختار تکرار شونده باید از مقیاس چند نانومتر باشد. ساخت چنین چیزی سخت‌تر است. گروه‌هایی هستند که چنین ماده‌ای را با استفاده از نانو میله های بافته شده‌ی تخت (دو بعدی)، ساخته‌اند. اما گام بعدی که ساخت قطعات سه بعدی است بسیار دشوار‌تر می‌شود.
این به علت دشواری ساختن اِلِمان‌ها نیست، ساخت نانو ذرات فعال نوری که چند نانومتری هستند راحت است. بلکه سوار کردن آنها بشکل ساختاری سه بعدی، مانند لانه زنبور در مورد فرا مواد میکرویوی، قسمت دشوار کار است.

حالا آنتون کوزیک[3] و دوستانش در دانشگاه صنعتی مونیخ با استفاده از روشی به نام اوریگامیِ[4] دی اِن اِی راهی برای حل این مساله یافته‌اند.
ایده آنها این است که نانو ذرات طلا را بوسیله تک رشته‌های کوچک دی اِن اِی پوشش دهند. از طرف دیگر تک رشته‌ی مکمل این رشته ها در ساختار بزرگتری از دی اِن اِی اصطلاحا داربست نامیده می‌شود، قرارداده میشود. هنگامیکه نانوذرات و داربستِ دی اِن اِی در کنار همدیگر در حلال قرارداده می‌شوند، رشته‌های دی اِن اِی مکمل به یکدیگر میچسبند و با این روش نانو ذرات را به داربست می‌چسبانند.
اگر طراحی با دقت انجام شود، فن‌آوری اوریگامی دی اِن اِی توانایی ساختن هر شکلی را دارد.
کوزیک و همکارانش از این فرآیند برای پیوند دادن 9 نانو ذره طلا تنها به طول10 نانومتر در طول رشته‌های دی اِن ِای برای ساختن شکل مارپیچی استفاده کرده‌اند. بنابراین ذرات بصورت پله های مارپیچی شکل می‌گیرند و از آنجا که این فرآیند خود‌سازمانده است، این شکل دهی بصورت موازی ادامه می‌یابد‌. در نتیجه توانای ساخت میلیون‌ها پله مارپیچی را بطور همزمان دارد. این فرآیند بطور شگفت آوری تا 80 درصد دقیق است و یک مارپیچ کامل را می‌سازد.
نتیجه یک شاره است که ویژگی‌های نوری ساختار‌های نانو ذره مارپیچی را دارا است. هر نور قطبیده دایروی که درون مارپیچ حرکت می‌کند می‌تواند امواج الکترونیکی که پلاسمون[5] نامیده می‌شود را روی سطح نانو ذرات طلا برانگیخته کند.
اگر جهت چرخش نور قطبیده دایروی با جهت مارپیچ هماهنگ باشد، در برخورد با نانوذرات پشت سرهم جذب می‌شود. اما نور با جهت چرخش مخالف مستقیما از آن رد خواهد شد. بنابراین شاره نور با جهتگیری خاصی را جذب می‌کند. به این پدیده دورنگی دورانی[6] می‌گویند.
این دقیقا همان چیزی است که کوزیک و همکارانش مشاهده کردند و معتقدند که می‌توانند این اثرات را به دو صورت تنظیم کنند؛ یک، بوسیله تغییر جهتگیری داربست دی اِن اِی و دو، با رشد دادن لایه نقره روی نانو ذرات طلا که بسامد نوری که به آن حساس هستند را نیز تغییر می‌دهد.
آنچه این گروه انجام داده‌اند پیشرفتی مهمی بشمار می‌رود زیرا نخستین بار است که کسی موفق به طراحی فرا ماده یا فرا شاره فعالِ نوری در مقیاسِ بزرگ شده‌است.
این گروه امیدوار به اختراعات بلند پروازانه‌تری هستند و معتقدند با استفاده از روشی که پیشنهاد داده‌اند می‌توان به ساخت موادی با ضریب انکساری منفی که کاربرد‌هایی مانند نامرئی کردن[7] و ساخت لنز‌های بی‌عیب را ممکن می‌کند، امیدوار بود. آنها بر این باورند که روش اوریگامی دی اِن اِی امکان طراحی ساختارهای بسیار پیچیده تر را فراهم می‌کند. این ساختار ها حتی قابلیت تبدیل شدن به جامد را به کمک روش های تبلور دارند.
همه اینها اما ساده نخواهد بود. اوریگامی دی اِن اِی روشی نو و در حال پیشرفت است و تولید بلورِ با کیفیت بالا هرگز آسان نبوده ‌است. اما این باعث توقف تلاش‌های آنها نخواهد شد. زودیک و دوستانش بر این باورند که کارهایشان راه را برای تولید نوع تازه ای از فرا موادِ نوری هموار خواهد کرد. باید منتظر نمونه های بیشتری به‌همین زودی باشیم.
منبع: http://www.technologyreview.com/
blog/arxiv/27095/?ref=rss

---

[1] Meta-material

[2] Microwave

[3] Anton Kuzyk

[4] اوريگامی هنر و انديشه ی تا دادن كاغذ يا صفحاتی از جنس پلاستيك ، فلز و مواد ديگر، برای خلق شكل های مختلف می باشد

[5] Plasmon

[6] circular dichroism

[7] بخشی از طیف الکترومغناطیسی غیر قابل دیدن شود



کد خبر :‌ 368

انجمن فیزیک ایران