2021-03-19 ｱﾒﾘｶ合衆国・コロンビア大学
・ コロンビア大学とブルックヘブン国立研究所(BNL)が、DNA ナノテクノロジーを利用した、真空、1,000℃超の高温度や 8GPa 超の高圧力等の厳しい条件を耐久する 3D ナノ構造体の新製造技術を開発。
・ 多様な機能性ナノ粒子の利用に加え、従来のナノリソグラフィー技術による迅速な処理が可能な、完全設計による強固なナノスケール・フレームワークを実現。DNA-ナノ粒子格子のフレームワークアーキテクチャを完全に維持した 3D 無機材料のレプリカを作製する。
・ センサーや高速チップ等の様々なアプリケーションにおいて、ナノスケールで現れる特異な材料特性を活用する方法が研究されているが、3D ナノアーキテクチャの製造技術が課題となっている。
・ DNA ナノテクノロジーは、ナノ粒子の自己集合を通じて複雑なナノ構造体を設計・作製するものだが、脆弱で環境に依存する DNA の性質により材料が安定する条件が制限される。従来のナノ製造プロセスは平面構造の作製に優れるが、新技術は、電子、光学、エネルギーアプリケーションにおいて不可欠となる 3D ナノ構造体の製造を可能にする。
・ DNA ナノテクノロジーで作製したナノ材料は、ワトソン-クリック相互作用による自己集合で 3D ナノ構造体と成るようにプログラムできる構成要素となる。このような DNA ナノ構造体を設計・作製して機能性ナノ粒子を統合し、堅固で頑丈な 3D ナノ構造体を構築する。
・ 本研究では、DNA の支柱による粒子間の結合状態を維持しながら、3D DNA-ナノ粒子格子構造をシリカのレプリカに効率的に転換する手法を実証。シリカは土台である DNA 格子のナノ構造の保持を助け、ナノ粒子配列に影響を与えること無く DNA 格子の強靱なテンプレートを形成する役割を担う。
・ このような格子中の DNA はシリカの特性を呈し、大気中で安定し乾燥するため実空間での 3D ナノスケール分析が初めて可能に。シリカは強度と化学的安定性を提供し、必要に応じて改良できる利便性の高い低コスト材料。
・ 本研究をベースとした共同研究では、3D 超伝導ナノ構造の構築や、シリカの導体・半導体への転
換に成功。DNA ナノ構造改変を通じ、さらに高度な機械的・光学的特性の材料開発を予定している。
・ 本研究は、米国防総省の陸軍研究局(ARO)が支援した。
URL: https://www.engineering.columbia.edu/press-release/gang-building-3d-nanomaterials-dna
＜NEDO海外技術情報より＞
（関連情報)
Science Advance 掲載論文(フルテキスト）
Resilient three-dimensional ordered architectures assembled from nanoparticles by DNA
URL: https://advances.sciencemag.org/content/7/12/eabf0617
（関連情報)
Nano Letters 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
Engineered Silicon Carbide Three-Dimensional Frameworks through DNA-Prescribed Assembly
URL: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.0c05023
（関連情報)
Nature Communications 掲載論文(フルテキスト）
DNA-assembled superconducting 3D nanoscale architectures
URL: https://www.nature.com/articles/s41467-020-19439-9
Abstract
Rapid developments of DNA-based assembly methods provide versatile capabilities in organizing nanoparticles (NPs) in three-dimensional (3D) organized nanomaterials, which is important for optics, catalysis, mechanics, and beyond. However, the use of these nanomaterials is often limited by the narrow range of conditions in which DNA lattices are stable. We demonstrate here an approach to creating an inorganic, silica-based replica of 3D periodic DNA-NP structures with different lattice symmetries. The created ordered nanomaterials, through the precise 3D mineralization, maintain the spatial topology of connections between NPs by DNA struts and exhibit a controllable degree of the porosity. The formed silicated DNA-NP lattices exhibit excellent resiliency. They are stable when exposed to extreme temperatures (>1000°C), pressures (8 GPa), and harsh radiation conditions and can be processed by the conventional nanolithography methods. The presented approach allows the use of a DNA assembly strategy to create organized nanomaterials for a broad range of operational conditions.
