양자 막대 배열은 TV나 가상 현실 장치를 향상시킬 수 있습니다.

Aug 04, 2023

퀀텀닷을 통합한 평면 스크린 TV는 이제 상업적으로 이용 가능하지만 상용 장치용으로 길쭉한 사촌인 퀀텀 로드 배열을 만드는 것이 더 어려웠습니다. 양자 막대는 빛의 편광과 색상을 모두 제어하여 가상 현실 장치용 3D 이미지를 생성할 수 있습니다.

MIT 엔지니어들은 접힌 DNA로 만든 지지대를 사용하여 양자 막대 배열을 정밀하게 조립하는 새로운 방법을 고안했습니다. 고도로 제어된 방식으로 양자 막대를 DNA 비계에 배치함으로써 연구자들은 배열에서 방출되는 빛의 편광을 결정하는 핵심 요소인 방향을 조절할 수 있습니다. 이를 통해 가상 장면에 깊이와 차원을 더 쉽게 추가할 수 있습니다.

"양자 막대의 과제 중 하나는 나노 크기에서 양자 막대를 어떻게 정렬하여 모두 같은 방향을 가리키도록 하는 것입니다." MIT 생물공학 교수이자 새로운 연구의 수석 저자인 Mark Bathe는 말합니다. "2D 표면에서 모두 같은 방향을 가리키면 빛과 상호 작용하고 편광을 제어하는 ​​방식에 있어 모두 동일한 속성을 갖게 됩니다."

MIT 박사후 연구원인 Chi Chen과 Xin Luo는 오늘 Science Advances에 실린 이 논문의 주요 저자입니다. 재료 과학 및 공학 부교수인 Robert Macfarlane; 알렉산더 카플란 박사 '23; 그리고 레스터 울프(Lester Wolfe)의 화학 교수인 Moungi Bawendi도 이 연구의 저자입니다.

지난 15년 동안 Bathe와 다른 사람들은 DNA 종이접기라고도 알려진 DNA로 만들어진 나노 규모 구조의 설계 및 제작을 주도해 왔습니다. 매우 안정적이고 프로그래밍 가능한 분자인 DNA는 약물 전달, 바이오센서 역할 또는 광 수확 재료용 발판 형성 등 다양한 응용 분야에 사용할 수 있는 작은 구조를 위한 이상적인 건축 자재입니다.

Bathe의 연구실은 연구자들이 만들고 싶은 목표 나노 크기 모양을 간단히 입력할 수 있는 계산 방법을 개발했으며, 프로그램은 올바른 모양으로 자가 조립될 DNA 서열을 계산합니다. 그들은 또한 이러한 DNA 기반 물질에 양자점을 통합하는 확장 가능한 제조 방법을 개발했습니다.

2022년 논문에서 Bathe와 Chen은 DNA를 사용하여 확장 가능한 생물학적 제조를 통해 정확한 위치에 양자점을 비계할 수 있음을 보여주었습니다. 해당 작업을 바탕으로 그들은 Macfarlane 연구실과 협력하여 양자 막대를 2D 배열로 배열하는 문제를 해결했습니다. 이는 막대를 동일한 방향으로 정렬해야 하기 때문에 더 어렵습니다.

막대를 한 방향으로 쓸어주기 위해 직물이나 전기장과의 기계적 마찰을 사용하여 정렬된 양자 막대 배열을 생성하는 기존 접근 방식은 제한된 성공만을 거두었습니다. 이는 고효율 발광을 위해서는 막대가 서로 최소 10나노미터 간격을 유지해야 이웃의 발광 활동을 "소화"하거나 억제하지 않기 때문입니다.

이를 달성하기 위해 연구진은 다이아몬드 모양의 DNA 종이접기 구조에 양자 막대를 부착하는 방법을 고안했는데, 이는 그 거리를 유지하기에 적합한 크기로 제작할 수 있습니다. 그런 다음 이러한 DNA 구조는 표면에 부착되어 퍼즐 조각처럼 서로 맞춰집니다.

"양자 막대는 같은 방향으로 종이접기 위에 놓여 있으므로 이제 2D 표면의 자체 조립을 통해 이러한 모든 양자 막대를 패턴화했으며 마이크로 LED와 같은 다양한 응용 분야에 필요한 미크론 규모로 이를 수행할 수 있습니다."라고 Bathe는 말합니다. "종이접기는 퍼즐 조각처럼 잘 포장되어 자연스럽게 서로 맞기 때문에 제어 가능한 특정 방향으로 방향을 지정하고 잘 분리된 상태를 유지할 수 있습니다."

이 접근 방식을 적용하기 위한 첫 번째 단계로 연구자들은 DNA 가닥을 양자 막대에 부착하는 방법을 고안해야 했습니다. 이를 위해 Chen은 DNA를 유화하여 양자 막대와 혼합물을 만든 다음 혼합물을 빠르게 탈수시켜 DNA 분자가 막대 표면에 조밀한 층을 형성할 수 있게 하는 과정을 개발했습니다.