新材料的發(fā)現(xiàn)定義了不同的文明時(shí)代，因?yàn)樾虏牧贤苿?dòng)了新的能力。然而，確定給定應(yīng)用的最佳材料 - 催化劑，光捕獲結(jié)構(gòu)，生物診斷標(biāo)簽，藥品和電子設(shè)備 - 傳統(tǒng)上是一項(xiàng)緩慢而艱巨的任務(wù)。選項(xiàng)幾乎是無(wú)限的，特別是在納米級(jí)(納米是十億分之一米)的情況下，即使在固定的成分下，材料特性 - 光學(xué)，結(jié)構(gòu)，電學(xué)，機(jī)械和化學(xué) - 也會(huì)發(fā)生顯著變化。

本周在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊(PNAS)上發(fā)表的一項(xiàng)新研究支持西北大學(xué)開(kāi)發(fā)的一種具有革命性的新工具的功效，該工具能夠快速測(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效果。

“當(dāng)利用傳統(tǒng)方法識(shí)別新材料時(shí)，我們幾乎沒(méi)有觸及可能的表面，”西北大學(xué)的研究對(duì)應(yīng)作者，納米技術(shù)研究及其應(yīng)用的世界領(lǐng)導(dǎo)者Chad A. Mirkin說(shuō)。“這項(xiàng)研究提供了概念驗(yàn)證 - 這種發(fā)現(xiàn)科學(xué)的強(qiáng)大方法是有效的。”

該新型工具以非常受控的方式利用納米顆粒的組合庫(kù)或巨型庫(kù)。(組合庫(kù)是在表面上的特定位點(diǎn)編碼的系統(tǒng)變化的結(jié)構(gòu)的集合)。這些庫(kù)是使用Mirkin的聚合物筆光刻(PPL)技術(shù)創(chuàng)建的，該技術(shù)依賴于具有數(shù)十萬(wàn)個(gè)金字塔尖端的陣列(數(shù)據(jù)元素集)來(lái)沉積各種尺寸和成分的單個(gè)聚合物“點(diǎn)”，每個(gè)聚合物都裝有不同的金屬鹽感興趣的，在表面上。一旦加熱，這些點(diǎn)被還原成金屬原子，形成固定組成和尺寸的單個(gè)納米顆粒。

“通過(guò)小規(guī)模，我們?cè)诟咄坎牧习l(fā)現(xiàn)中創(chuàng)造了兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，”維爾貝格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的George B. Rathmann化學(xué)教授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)工程和材料科學(xué)與工程教授; 西北大學(xué)國(guó)際納米技術(shù)研究所(IIN)執(zhí)行董事。“首先，我們可以將數(shù)百萬(wàn)個(gè)特征打包到平方厘米區(qū)域，為迄今為止創(chuàng)建最大和最復(fù)雜的庫(kù)創(chuàng)建了一條路徑。其次，通過(guò)在亞納米級(jí)長(zhǎng)度范圍內(nèi)工作，大小可以成為庫(kù)參數(shù)例如，在催化領(lǐng)域，大部分行動(dòng)都在這個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)。“

這項(xiàng)新研究是西北大學(xué)IIN與空軍研究實(shí)驗(yàn)室的合作伙伴關(guān)系，是美國(guó)空軍西北部高級(jí)生物可編程納米材料卓越中心的一部分。該團(tuán)隊(duì)利用一種名為ARES™的巨型圖書和基于原位拉曼光譜的篩選技術(shù)來(lái)鑒定Au3Cu(一種金銅組合物)，作為合成單壁碳納米管的新催化劑。(ARES由空軍研究實(shí)驗(yàn)室材料與制造理事會(huì)柔性材料與工藝研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Benji Maruyama和空軍研究實(shí)驗(yàn)室和UES公司研究科學(xué)家Rahul Rao共同開(kāi)發(fā))

碳納米管是輕質(zhì)，柔韌且比鋼更強(qiáng)的分子，用于儲(chǔ)存能量，藥物輸送和用于許多塑料材料的增強(qiáng)性能的添加劑。篩選過(guò)程不到一周即可完成，比傳統(tǒng)篩選方法快數(shù)千倍。