علم المواد
شبكات مواريه الحمض النووي تُمكّن من إنتاج مواد جديدة ذاتية التجميع
تلتزم Securities.io بمعايير تحريرية صارمة، وقد تتلقى تعويضات عن الروابط المُراجعة. لسنا مستشارين استثماريين مُسجلين، وهذه ليست نصيحة استثمارية. يُرجى الاطلاع على كشف التابعة لها.
المواد الشبكية الميتا
إن أحد الحدود الجديدة في علوم المواد هو تجميع الهياكل المجهرية في شبكات، وهي هياكل معقدة ذات نمط منتظم ومتكرر، وغالبًا ما تكون مصنوعة من شرائح أو خطوط متقاطعة.
غالبًا ما تؤدي هذه الهياكل إلى تغيير خصائص المادة تمامًا، على سبيل المثال، جعلها أقوى بكثير, أكثر مرونة, انعكاس الضوء بشكل مختلف، الخ.
يمكن أن يكون لهذه الشبكات أشكال أساسية مختلفة، على سبيل المثال، المربعات، وقرص العسل السداسي، كاغومي، الخ.
المصدر بوابة البحث
هناك إمكانية إضافية تتمثل في دمج طبقتين من مواد شبكية، مما يُنتج خصائص أكثر تطورًا تتجاوز إمكانيات الطبقات الفردية. على سبيل المثال، ناقشنا الخصائص الفائقة التوصيل المحتملة لطبقة ثنائية ملتوية مصنوعة من مادة التنغستن والسيلينيوم.
تمكن باحثون في جامعة شتوتغارت، وجامعة ولاية أريزونا، ومعهد ماكس بلانك، من اختراع نوع جديد مماثل من المواد.
ابتكروا بنية ذاتية البناء باستخدام جزيئات الحمض النووي، ما قد يُحدث ثورة في كيفية تحكمنا بالضوء والصوت والإلكترونات. ونشروا نتائجهم في المجلة العلمية المرموقة "نيتشر نانوتكنولوجي".1، تحت عنوان "شبكات الحمض النووي الموريه الفائقة".
شبكات مواريه الفائقة
| حجم | مثال مادي | حجم تقريبي | طريقة التجميع |
|---|---|---|---|
| الذري | طبقات الجرافين الثنائية | ~ 0.1 نانومتر | التكديس والالتواء الميكانيكي |
| نانوسكوبي | شبكات الحمض النووي الموريه الفائقة | ~ 40 نانومتر | أوريجامي الحمض النووي التجميعي الذاتي |
| مجهري | البلورات الضوئية | ~1 ميكرومتر | تصنيع دقيق |
الشبكات الفائقة من مواري هي مواد اصطناعية تم إنشاؤها عن طريق تكديس مواد ثنائية الأبعاد (2D) بزاوية التواء صغيرة أو عدم تطابق الشبكة.
المصدر طبيعة التكنولوجيا النانوية
يُنتج هذا التباين "نمطًا فائقًا" إضافيًا، يُسمى أيضًا نمط المواريه، وهو يختلف عن النمط الأساسي للشبكتين الأوليين. تُضفي تفاعلات الضوء أو الإلكترونات مع نمط المواريه خصائص جديدة على هذه المادة.
حتى الآن، تم إنشاء أنماط مواريه في علم المواد فقط على مقياسين مختلفين جذريًا: إما على المستوى الذري، كما هو الحال مع طبقات الجرافين على سبيل المثال (مائة مليون من السنتيمتر، أو 2 نانومتر)، أو على المستوى المجهري (ألف من المتر).
المصدر طبيعة التكنولوجيا النانوية
تعتبر هذه المنتجات معقدة للغاية في الإنتاج بشكل عام، وتتطلب خطوات التصنيع الدقيقة، مثل نقل الشبكات الفرعية وتكديسها ولفها ومحاذاةها.
ومع ذلك، لم تكن هناك شبكات مواريه فائقة على مقياس متوسط، يُحسب بالنانومتر. واستمر هذا حتى استخدم الباحثون الحمض النووي لإنشاء واحدة.
الشبكات الفائقة للحمض النووي
الحمض النووي (DNA) نوع خاص جدًا من الجزيئات الصغيرة، إذ يتميز بميل طبيعي للتنظيم الذاتي في أنماط معقدة على المستوى النانوي. ومن هذه الهياكل حزمة أوريغامي من الحمض النووي، تتكون من حلزونات مترابطة، والتي شكلت إحدى وحدات البناء التي استخدمها الباحثون.
المصدر طبيعة التكنولوجيا النانوية
كانت الكتلة البنائية الثانية هي الشبكات الفرعية لبلاطات الحمض النووي ثنائية الأبعاد، والمكونة من بلاطات أحادية السلسلة (SSTs)، ذات أشكال مربعة، وسداسية الشكل، وسداسية الشكل. واستُخدمت المجاهر الإلكترونية النافذة (TEM) للتحقق من انتظام وجودة هياكل الشبكة.
المصدر طبيعة التكنولوجيا النانوية
استخدم الباحثون حزمة أوريغامي الحمض النووي كبذرة، يمكن لشبكة أكبر بكثير أن تنتظم ذاتيًا بشكل طبيعي حولها. تُشكّل البذور المختلفة أنواعًا مختلفة من شبكة الحمض النووي، مما يتيح تحكمًا كبيرًا في الشكل النهائي.
المصدر طبيعة التكنولوجيا النانوية
عند إنتاجها، امتزجت العديد من هذه الشبكات معًا، مكونةً شبكة ثنائية الطبقات من جزيئات الحمض النووي. تتيح ظروف الإنتاج المختلفة، مع اختلاف البذور ودرجة الحرارة، تحكمًا محدودًا في نسبة الشبكات ثنائية الطبقات المُنتجة مقابل الشبكات أحادية الطبقة.
المصدر طبيعة التكنولوجيا النانوية
تحليل الطبقات الثنائية والثلاثية للحمض النووي
وباستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، قام الباحثون بتحليل هذه الهياكل النانوية ثنائية الطبقات.
يبلغ قياس كلا الطبقتين الأحاديتين حوالي 39.0 نانومتر في الارتفاع وحوالي ميكرومتر في العرض.
المصدر طبيعة التكنولوجيا النانوية
عندما استخدمت الطبقات الثنائية الملتوية شبكات فرعية متطابقة (مربع-مربع، كاجومي-كاجومي، وقرص عسل-قرص عسل)، أدى ذلك إلى تداخل شبه كامل (ولكن ليس كليًا) بين الطبقتين الأحاديتين.
كانت هذه هي التركيبات التي أسفرت عن أنماط مواريه الأكثر إثارة للاهتمام للطبقات الثنائية، مقارنة بالأنماط المختلطة.
المصدر طبيعة التكنولوجيا النانوية
وتمكن الباحثون أيضًا من إنشاء أنماط ثلاثية الطبقات، مع أنماط مواريه أكثر تعقيدًا، والتي تتجمع ذاتيًا أيضًا.
المصدر طبيعة التكنولوجيا النانوية
هذا لا يعني عدم وجود أنماط مثيرة للاهتمام في الطبقات المختلطة، مثل الطبقات الثلاثية المربعة-الكاغومي-المربعة. ومن المرجح أيضًا إمكانية إنشاء المزيد من الأنماط في المستقبل باستخدام بذور وهياكل حمض نووي مختلفة، إذ يُعد هذا أول نمط مواريه نانوي يُنشأ على الإطلاق.
المصدر طبيعة التكنولوجيا النانوية
يمكن تطوير المزيد من التحكم في تطور هذه الأنماط، ويدرس الباحثون بالفعل حلولاً. على سبيل المثال، يمكن وضع بذور الأوريجامي بدقة على ركائز باستخدام أساليب التصنيع النانوي. بهذه الطريقة، يمكن تجميعها في مواقع محددة مسبقًا على الشريحة.
الاستخدامات
وبشكل عام، فإن تقنية تصنيع شبكات الحمض النووي ذاتية التجميع ونوع جديد من المواد قد تجد تطبيقها في أي مجال يتطلب التصنيع الدقيق على نطاق النانو.
يرجع هذا إلى حد كبير إلى أنها توفر مزيجًا مثاليًا تقريبًا من الدقة المكانية العالية والقدرة على التوجيه الدقيق والتناظر القابل للبرمجة.
أول استخدام لمثل هذا الهيكل هو استخدامه كسقالة على المستوى النانوي. على سبيل المثال، يمكن ربط جزيئات فلورية، أو جسيمات نانوية معدنية، أو أشباه موصلات به في هياكل ثنائية وثلاثية الأبعاد مصممة خصيصًا.
قد يكون الخيار الآخر هو تحويل الشبكات متعددة الطبقات إلى إطارات صلبة من خلال التعديلات الكيميائية.
ومن الممكن إعادة استخدامها كبلورات فونونية أو مواد ميتا ميكانيكية ذات استجابات اهتزازية قابلة للضبط، حيث تتمتع هذه الأنظمة بالعديد من التطبيقات المحتملة في أجهزة الاستشعار والحوسبة الفوتونية.
وأخيرا، قد تمتلك هذه الشبكات خصائص النقل الإلكتروني الانتقائي للدوران، حيث من المعروف أن الحمض النووي يقوم بتصفية الإلكترونات وفقا لدورانها (سمة كمية).
لا يتعلق الأمر بمحاكاة المواد الكمومية، بل بتوسيع مساحة التصميم وتمكين بناء أنواع جديدة من المواد الهيكلية من الصفر، مع دمج التحكم الهندسي مباشرةً في الجزيئات.
العلاقات العامة. لورا نا ليو - مدير المدارس ل المعهد الثاني للفيزياء جامعة شتوتغارت
الاستثمار في الحمض النووي والتكنولوجيا النانوية
تويست العلوم البيولوجية
(TWST )
الشركة متخصصة في تركيب الحمض النووي، الاستفادة من أساليب التصغير من صناعة أشباه الموصلاتمما يوفر الوقت والمال للباحثين.
بفضل قدرتها المتقدمة على تصنيع الحمض النووي والحمض النووي الريبي (RNA)، يمكن أن تصبح شركة Twist سريعًا شركة تصنيع رئيسية للأبتامرات إذا نما سوق المنتجات المضادة للتخثر.
باعتبارها منتجًا "محايدًا" يركز على توفير أفضل تسلسلات الأحماض النووية بأفضل سعر، فقد تكون شريكًا تصنيعيًا مفضلًا لأي شركة أدوية تتطلع إلى تسويق الأحماض النووية المفيدة، مثل تخزين البيانات أو مضادات التخثر.
في يناير 2023، بدأت الشركة في شحن المنتجات من منشأة التصنيع الثانية التي تم إطلاقها مؤخرًاومن المتوقع أن يضاعف المصنع الجديد القدرة الإنتاجية لشركة تويست.
كما أنها تعمل على إنشاء تخزين البيانات القائمة على الحمض النووي يمكن استخدامها لحماية البيانات، بمعزل عن الأنظمة الإلكترونية. لذا، ربما تستطيع تقنيات تخزين البيانات المتقدمة استخدام الحمض النووي نفسه.
يسمح لنا هذا التصغير بتقليل حجم التفاعل بعامل قدره 1,000,000 مع زيادة الإنتاجية بعامل 1,000، مما يتيح تخليق 9,600 جين على شريحة سيليكون واحدة على نطاق كامل.
المصدر تويست العلوم البيولوجية
وبما أن الشركة خبيرة في إنتاج منتجات الحمض النووي للاستخدام الصناعي، فإنها قد تستفيد بشكل كبير من أن يصبح الحمض النووي أداة رئيسية في بناء الهياكل النانوية لصناعة أشباه الموصلات والمواد الكيميائية والحوسبة، سواء كانت مواد كيميائية للحمض النووي عند الطلب، أو تخزين البيانات القائم على الحمض النووي، أو شبكة الحمض النووي، وما إلى ذلك.
أحدث أخبار وتطورات أسهم شركة تويست بيوساينسز (TWST)
الدراسة المرجعية
1. جينغ، إكس، كرونبيرج، إن، بيل، أ. وآخرون. شبكات الحمض النووي الموريه الفائقة. نات . تكنولوجيا النانوcom.ogy. (2025). https://doi.org/10.1038/s41565-025-01976-3
