美國以DNA納米結構為模板制成石墨烯納米級圖案

中國粉體網4月12日訊  據物理學家組織網4月11日（北京時間）報道，美國麻省理工學院和哈佛大學的科學家，利用DNA構建出具有獨特電子特性的石墨烯納米結構，向大規模生產石墨烯電子芯片邁出了非常重要的一步。該研究成果發表在近期《自然·通訊》雜志上。

    科學家通過控制DNA序列，操縱分子形成不同折疊形狀的DNA納米結構，以此為模板，可以進而控制無機材料的納米結構，從而在一個碳原子厚的石墨烯片上形成不同的納米級圖案。

    這些DNA納米結構是采用一種名為DNA單鏈片的方法在實驗室開發出來的。這種人工合成的DNA單鏈片有點像兒童玩具，每個單鏈片可以與四個特定的結構相結合，環環相扣，進而可以形成指定形狀的DNA納米結構。目前研究人員利用這種DNA單鏈片可以構造出100多種復雜的納米級別的圖案。

    由于DNA曝露在陽光和氧氣下會發生降解，并會與其他分子發生反應，因此不是理想的材料。研究人員遂將編碼的DNA結構信息轉移到更為穩定的石墨烯上去。首先，研究人員利用氨基比林將DNA固定在石墨烯的表面，然后在DNA的表面涂上銀，再在銀上面沉淀金。分子表面覆蓋了黃金后，就可形成穩定的金屬化的DNA，利用等離子體蝕刻技術，可以除掉未被覆蓋的石墨烯，形成與DNA原始形狀相同的石墨烯結構，最后再利用氰化鈉去除金屬化的DNA。

    研究小組利用這種技術創建了很多種形狀，包括環和絲帶等。他們發現，盡管大多數的結構信息沒有發生變化，但在DNA金屬化的過程中會損失一些結構信息，因此該技術不如電子束光刻技術精確。但利用電子束光刻技術構建石墨烯納米結構，成本高、耗時長、難于規模化生產。

    科學家特別感興趣的結構是石墨烯絲帶。它非常窄，可限制材料的電子。石墨烯通常沒有能帶隙，而這是典型的晶體管所必需的特性。但石墨烯絲帶則具有能帶隙，所以可以作為電子電路組件。科學家對石墨烯環也非常感興趣，因為可以利用其作為量子干涉晶體管。

    從長遠來看，這種DNA納米結構加工方式有助于研究人員設計和構建石墨烯電子電路。構建石墨烯電子電路一直是科學家的夢想，但如何將納米線或納米管這些微小的碳結構放置到石墨烯片上一直是一個無法解決的難點。利用金屬化DNA處理石墨烯結構，使這一過程變得十分容易。美國加州大學化學和環境工程系教授羅伯特·哈登認為，這種新方法的概念十分新穎，展現了金屬化DNA制備石墨烯電子電路的潛力，必將促進石墨烯納米電子設備的研究與開發。

    點評：近年來，石墨烯的眾多優點已越來越為人所熟知。然而其規模化生產的瓶頸卻一直難有大的突破，使得科學家們的美好愿望一直停留在“鏡花水月”階段。DNA和石墨烯，這看似不搭界的兩者的“聯姻”，碰撞出了美妙的“火花”。盡管文中提到的技術不如電子束光刻技術精確，但其可以規模化的前景還是讓人向往。蒙在科學家們心頭的“霧霾”似乎正在散去，用石墨烯替代硅生產出超級計算機的時代或將款款走來。