Physikalische Binärcodes, die durch aus Nanostäben herausgearbeitete Nanodisks gebildet werden. Mit freundlicher Genehmigung von Chad Mirkin.

Forscher der Northwestern University haben einen Weg gefunden, mit milliardstel Metern großen Datenträgern Codes zu erstellen, mit denen Informationen verschlüsselt, als biologische Etiketten verwendet und sogar Waren und Personal gekennzeichnet und verfolgt werden können.

Die Nanodisks können ein physikalisches Muster bilden, ähnlich wie ein Strichcode, sowie einen spektroskopischen Code, was bedeutet, dass sie abhängig von der Art des Moleküls (oder der Moleküle), an die sie gebunden sind, eine spezifische, einzigartige Reaktion auf elektromagnetische Strahlung oder Licht zeigen können die Festplatten - mit anderen Worten, wie die Festplatten "funktionalisiert" werden.

Nanostrukturen können ideal zum Kodieren sein. Aufgrund ihrer geringen Größe lassen sie sich leicht in einer Vielzahl von Materialien und Objekten verstecken. Die Fähigkeit der Wissenschaftler, ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften auf einfache Weise anzupassen, ermöglicht es, Nanostrukturen für bestimmte Codierungsfunktionen zu entwerfen.

In einem Artikel, der diese Arbeit beschreibt und in einer kürzlich erschienenen Ausgabe von Nano Letters veröffentlicht wurde, beschreiben die Forscher unter der Leitung des nordöstlichen Chemikers Chad Mirkin, wie die Nanodisks physikalische Binärcodes bilden können. Die Gruppe begann mit Nanostäben aus Gold und Nickel und schnitt mit einer von ihnen entwickelten Methode Scheiben aus jedem Stab. Die Scheiben werden zu zweit erstellt, wobei pro Stab bis zu fünf Paare erstellt werden.

Jede der fünf Plattenpaarpositionen entlang des Stabes kann einer "0" oder einer "1" entsprechen, abhängig davon, ob diese Position von einem Plattenpaar belegt ist. Wenn beispielsweise nur ein Plattenpaar vorhanden ist und es sich an der dritten Stelle befindet, wird dieser Code als 00100 gelesen. Wenn an der vierten und fünften Stelle zwei Plattenpaare vorhanden sind, lautet der Code 00011.

"Dies ist eine schnelle und kostengünstige Methode zur Herstellung vieler einzigartiger Nanostrukturen, die mithilfe hochempfindlicher spektroskopischer Techniken identifiziert und gelesen werden können", sagte Mirkin gegenüber PhysOrg.com . "Es ist ein schönes Beispiel dafür, wie die Fähigkeit, die Größe und die Oberflächenzusammensetzung einer Nanostruktur zu formen und zu steuern, sich in signifikanten technologischen Vorteilen niederschlagen kann."

Die Gruppe hat Nanoplatten-Arrays mit einer Länge von bis zu 12 Mikrometern (Millionstel eines Meters) hergestellt, die bis zu 10 Plattenpaare unterstützen und 287 physikalische Nanoplatten-Codes liefern.

Die Forscher verbesserten die Nützlichkeit der Codes, indem sie sie mit einer Klasse von Farbstoffmolekülen, den Chromophoren, funktionalisierten. Dies macht die Codes spektroskopisch aktiv und ermöglicht es jedem, ein einzigartiges Lichtspektrum zu emittieren, wenn es von einer äußeren Lichtquelle, typischerweise einem Laserstrahl, beleuchtet wird.

Aufgrund der physikalischen und spektroskopischen Codes, die sie aufweisen können, eignen sich die Nanodisks besonders für die biologische Markierung, eine Methode zur Verfolgung und zum Nachweis einzelner biologischer Materialien, wie z. B. DNA. Die Forscher bewiesen dies, indem sie in einem 11011-Code einzelsträngige DNA-Stücke an die Oberflächen der Nanodisks anbrachten. Jeder dieser Stränge war komplementär zu der Hälfte eines "Ziel" -DNA-Strangs - der Strang, der markiert wurde. Die andere Hälfte des Zielstrangs war komplementär zu einem "Reporter" -Strang, der mit Farbstoff spektroskopisch aktiv gemacht wurde. Die Gesamtstruktur bildete ein dreisträngiges „Sandwich“ mit dem Zielstrang in der Mitte.

Die Gruppe erstellte auch eine ähnliche Sandwichstruktur unter Verwendung eines anderen Reporterstrangs und eines 10101-Codes und mischte dann die beiden Proben. Sie konnten die von beiden Reportermolekülen emittierten Spektren erfolgreich nachweisen und unterscheiden.

Zitat: Nano Lett. 7 (12), 3849-3853, 2007

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