量子ロッドの配列はテレビや仮想現実デバイスを強化する可能性がある

Aug 04, 2023

量子ドットを組み込んだフラットスクリーンテレビは現在市販されているが、その細長い同類である量子ロッドのアレイを商用機器用に作成することはより困難となっている。 量子ロッドは光の偏光と色の両方を制御して、仮想現実デバイス用の 3D 画像を生成できます。

MITのエンジニアは、折り畳まれたDNAで作られた足場を使用して、量子ロッドのアレイを正確に組み立てる新しい方法を考案した。 高度に制御された方法で量子ロッドを DNA 足場上に堆積することにより、研究者はその配向を制御することができます。これは、アレイから放射される光の偏光を決定する重要な要素です。 これにより、仮想シーンに奥行きと立体感を加えることが容易になります。

「量子ロッドに関する課題の 1 つは、量子ロッドをすべて同じ方向を向くようにナノスケールでどのように配置するかということです。」 MITの生物学工学教授であり、新しい研究の主任著者であるマーク・ベイス氏は言う。 「2D 表面上ですべてが同じ方向を向いている場合、それらはすべて、光と相互作用し、その偏光を制御する方法について同じ特性を持ちます。」

MIT のポスドクである Chi Chen と Xin Luo がこの論文の筆頭著者であり、この論文は本日 Science Advances に掲載されます。 ロバート・マクファーレン氏、材料科学および工学の准教授。 アレクサンダー・カプラン博士 '23; レスター・ウルフ化学教授のムンギ・バウェンディ氏もこの研究の著者である。

過去 15 年間にわたり、Bathe らは DNA 折り紙としても知られる DNA で作られたナノスケール構造の設計と製造を主導してきました。 非常に安定でプログラム可能な分子である DNA は、薬物の送達、バイオセンサーとしての機能、集光材料の足場の形成など、さまざまな用途に使用できる小さな構造の理想的な構築材料です。

ベイスの研究室は、研究者が作りたいナノスケールの標的形状を入力するだけで、適切な形状に自己集合する DNA 配列をプログラムが計算できる計算手法を開発した。 彼らはまた、これらの DNA ベースの材料に量子ドットを組み込むスケーラブルな製造方法も開発しました。

2022年の論文で、BatheとChenは、スケーラブルな生物学的製造を使用して、DNAを使用して正確な位置に量子ドットを足場できることを示しました。 その研究に基づいて、彼らはマクファーレンの研究室と協力して、量子ロッドを 2D 配列に配置するという課題に取り組みました。これは、ロッドを同じ方向に揃える必要があるため、より困難です。

布地や電場による機械的な摩擦を利用して量子ロッドの整列アレイを作成し、ロッドを一方向に掃引する既存のアプローチは、限られた成功しか収めていない。 これは、高効率の発光には、隣接するロッドの発光活動を「消光」、つまり抑制しないように、ロッドを互いに少なくとも 10 ナノメートルの距離に保つ必要があるためです。

それを達成するために、研究者らは量子ロッドをダイヤモンド型の DNA 折り紙構造に取り付ける方法を考案しました。この構造は、その距離を維持するのに適切なサイズで構築できます。 これらの DNA 構造は表面に付着し、そこでパズルのピースのように組み合わされます。

「量子ロッドは折り紙上で同じ方向に配置されているため、2D 表面上での自己集合を通じてこれらすべての量子ロッドをパターン化することができ、microLED などのさまざまなアプリケーションに必要なミクロンスケールでそれを行うことができます」と Bathe 氏は言います。 「折り紙はパックされていて、パズルのピースのように自然に組み合わされるため、制御可能な特定の方向に折り紙を向けることができ、うまく分離した状態を保つことができます。」

このアプローチを機能させるための最初のステップとして、研究者らは量子ロッドに DNA 鎖を結合する方法を考え出す必要がありました。 そのために、チェン氏は、量子ロッドとの混合物に DNA を乳化させ、その後混合物を急速に脱水するプロセスを開発しました。これにより、DNA 分子がロッドの表面に緻密な層を形成できるようになります。