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【速快报】韩国采用DNA制造出更好的有机薄膜,用于癌症治疗和健康监测

2017-10-08 阅读 1512

随着硅玻璃成为制造光纤的基础材料,硅已经成为无机光电设备领域的主要材料。它不仅很容易获取,而且从材料的角度来看,其工作方式很简单。但是,在有机光电设备领域,科学家们需要寻找到一种具有同样优点的材料,且它最好能够存在于生命世界之中。


我们今天要介绍的这种材料就是:DNA。它可以用于制造类似硅纤维的波导,在体内传输光线。未来,这些有机设备将更加便于制造,比硅更具柔性,对生态环境更无害。


最近,韩国首尔延世大学研究人员采用DNA制造出更好的有机薄膜,用于癌症治疗和健康监测。它不仅具有所有硅基设备的功能,还与活体组织更加兼容,未来将应用于医疗电子和光子学设备等领域。


创新


最近,韩国首尔延世大学的研究人员希望采用三文鱼的DNA制造出有机薄膜。这种薄膜通常用于癌症治疗和健康监测,它不仅具有所有硅基设备的功能,还具有与活体组织更加兼容的优势,可制成更好的医疗电子设备和光子学设备。


顾名思义,这种薄膜只是一层只有纳米或微米厚的材料,能用于引导光线。如果薄膜是绝缘性的,也就是说类似玻璃这样的绝缘体,我们就无需担心它在使用时会导电。


韩国首尔延世大学光子设备物理实验室的Kyunghwan"Ken"Oh表示:


“DNA是最丰富的有机材料,且它是一种可以和二氧化硅相媲美的透明电介质。”


在光学会(OSA)《光学快报杂志》(Optical Materials Express)期刊上,Oh和他的同事们描述了这种制造薄膜的方法。他们利用这种方法,很好地控制了材料的光学和热学特性。


技术


在光学设备中,使用到该材料的一个关键特性就是折射率,它决定了光线的传播方向。光纤需要具有同一折射率的纤芯以及不同折射率的包层,所以当光线照射到纤芯和包层界面时,它被迫返回纤芯而不是泄露除去。光纤的制造商不仅需要具有两种不同折射率的材料,同时也要控制这种差异的量级,从而得到期望的效果。


在微调方法中,即采用DNA制造可用于光学设备的薄膜,Oh的团队能够达到的折射率范围比硅中的高四倍。有了纤芯和包层之间更高的折射率差异,他们可以制造出更薄的光纤,相比于使用硅的10微米,直径低至3微米。对于从纤维中射出的光线,它带来了更小的光斑尺寸,因此可以用于需要更加仔细瞄准光线的应用。Oh说:



“如果你有一个更小的目标,那么你应该有更加尖锐的箭头。”


为了制造一种可以用于作为光学器件基础的薄膜,研究人员必须将DNA溶解于水,然后将混合物溶解于有机溶剂中。这种液体可以安装于表面之上,它旋转后使得材料均匀扩散。然后,溶剂蒸发后会留下薄膜。因为DNA不容易溶解,研究人员首先将它与水和十六烷基三甲基(CTMA,一种类似肥皂的表面活性剂)溶剂相混合。这种混合物产生出沉淀物,可以溶解到溶剂中进行旋涂。虽然研究人员已经使用这种工艺有几年了,但是他们得到的结果还是前后不一致。Oh表示:


“我们注意到,根据不同的论文,反射率和材料特性是多种多样的,所以我们感到奇怪。我们发现各个研究小组之间的制造工艺有点不同。”


Oh的实验室三个研究生Woohyun Jung、Hwiseok Jun、Seongjin Hong发现:控制混合物中的水和CTMA的含量,可对于薄膜的折射率进行微调。根据是否向CTMA溶剂增加水滴和DNA,或者添加水和CTMA到DNA溶液中,研究人员测试不同的混合物。Oh将DNA链比作绳子,沿着绳子上有些点可供CTMA绑定。Oh表示:


"如果你将这条绳子浸入到CTMA溶液中,那里有大量的CTMA,所以你可以让绳子浸满CTMA。"


从另外一方面说,如果你将CTMA放到大批的DNA上,这条“绳子”将不会完全湿润;也就是说,许多DNA的区域没有与CTMA相联系。


混合物含水越多,含CTMA就越少,反之亦然。通过仔细控制二者的量,团队能够达到期望的折射率。同样的方案也可以用于对于薄膜的热学特性的控制,研究人员通过加热或者冷却薄膜改变其折射率。


价值


这种薄膜的潜在应用包括光动力学疗法,通过这个疗法,癌症病人接收药物或者绑定于肿瘤中癌细胞的其他物质,使用光线激活药物并且消灭癌细胞,还不损伤健康组织。这种薄膜也可以用于光遗传学,光线可以用于控制特殊的大脑细胞活动,或者制造测量血压或者血氧含量的传感器,并且长时间穿戴不会引起过敏,因为它们是有机的。


该薄膜可以用于温度传感器,穿过该薄膜的光线变化与温度变化相关联。Oh的实验室也在拓展用于控制DNA光学特性的其他方案。他希望开发一系列的基础特性和工艺,让制造商们可以制造出各种不同的光学设备,包括新一代的可穿戴传感器。


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