Fizikçiler Parçacıkların Kendi Kendilerine Nasıl Bir Araya Geldiklerini Keşfetti

Fizikçilerden oluşan bir ekip DNA moleküllerinin toplanma talimatlarını inceledi ve parçacıklar arasında yapışkan yamalar halinde nasıl kendi kendine organize olduklarını keşfetti. Bulguları parçacıklar arasında iyi tanımlanmış bir bağlantıya sahip malzemeler üretmenin yenilikçi bir yolu için kavram kanıtı sundu. Çalışma Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı’nda raporlanmıştır.

New York Üniversitesi Fizik bölümünde profesör ve araştırmacılardan biri olan Jasna Brujic, “Kişinin özelleştirilmiş özelliklere sahip özel yapılar yapmak için parçacıkları programlayabileceğini gösteriyoruz. Binaları inşa ederken vinçler, matkaplar ve çekiçler insanlar tarafından kontrol etmek zorundadır. Bu çalışma kendilerini nasıl birleştireceğini bilen akıllı malzemeler yapmak için fiziğin nasıl kullanılabileceğini ortaya koyuyor.” şeklinde açıkladı.

Bilim insanları uzun zamanlar boyunca moleküllerin kendi kendine bir araya gelebilmesi için bir araç aradılar ve birçok cephede atılımlar başardılar. Ancak, daha az gelişmiş olan bu küçük parçacıklar önceden programlanmış bağ sayısı ile kendi kendine birleşirler. Brujic ve meslektaşları NYU Fizik bölümünde doktora sonrası araştırmacı olan Angus McMullen, Urbana-Champaign ve Sascha Hilgenfeldt DNA moleküllerinin parçacık yüzeyleri üzerindeki davranışını yakalamak ve manipüle etmek için bir dizi deney yaptılar.

Bir toz zerreciğinin 1/25'i büyüklüğündeki parçacıklarla mikron düzeyinde çalışarak küçük damlacıkları sıvı bir çözeltiye daldırdılar. Bu damlacıklara "DNA bağlayıcıları" (araştırmacılar tarafından istenen bir dizi yapıyı oluşturmak için karıştırmaya ve eşleştirmeye izin veren "yapışkan uçlara" sahip moleküler araçlar) eklendi. Yaptıkları deneylerden bir parçacığın başlangıçta kendisinden farklı ama kendi içinde aynı 3 parçacığa bağlandığını ve oda sıcaklığında değerliliğini sağladığını gösterdiler. Isıtıldıktan sonra bu bağların kırıldığını ancak soğuduktan sonra tekrar aynı tip 3 parçacığa bağlandığını gösterdiler. Yani, parçacığın yaptığı bağların sayısını kendisini seçtiğini gösterdiler. Sonuç olarak, parçacıklar arasındaki DNA bağları tersine çevrilebilir ve değerliliği optimize etmek için parçacık yüzeyinde yeniden düzenlenebilir olarak belirtildi.

"Bu prosedürün güzelliği belirli bir malzemenin özelliklerini elastik veya kırılgan olabilecek, hatta bir kez kırıldığında kendi kendini iyileştirme gücüne sahip olacak şekilde programlayabilmemizdir, çünkü bağlar geri dönüşümlü olarak oluşturulabilir ve kırılabilir. Yaratıcılar yalnızca bir taneye yapışan beş parçacık, ikiye yapışan 10 tane ve üç taneye yapışan 20 tane ya da başka herhangi bir kombinasyon koymaya karar verebilirler. Bu, belirli topolojilere veya mimarilere sahip malzemeler oluşturmanıza olanak tanır." dedi Brujic.

 

Kaynak:

https://phys.org/news/2021-11-physicists-particles-self-assemble.html