Przejdź do głównej zawartości

Kryształy z DNA i nanocząteczek

Naukowcy z Northwestern University zaprezentowali metodę tworzenia praktycznie idealnych kryształków, które zbudowane są z nanocząsteczek połączonych ze sobą za pomocą DNA. Struktura jest wysokiej jakości i według autorów technika może znaleźć zastosowanie w dziedzinie wysokich technologii, na przykład dając możliwość tworzenia krystalicznego krzemu na potrzeby półprzewodników. 



 
Opracowana metoda tworzenia pojedynczych kryształków opiera się na technikach supersieciowych, które laboratorium Mirkina rozwija od ponad 20 lat. W 1996 roku wynaleźli oni nanoczasteczkę SNAsferyczny kwas nukleinowy, który dzięki swoim właściwościom znalazł zastosowanie w terapiach genowych, diagnostyce molekularnej (Verigene System firmy Nanosphere czy SmartFlare firmy AuraSense/EMD-Millipore). SNA można obejrzeć na prezentującej go animacji (oglądać w HD!):




Stosowane w przemyśle wysokiej jakości kryształy zbudowane są z atomów ułożonych w określonej sieci. Pojedynczy kryształ musi spełniać określone warunki: jego sieć krystaliczna musi być ciągła i nienaruszona. Brak wad nadaje mu pożądane właściwości mechaniczne, chemiczne, optyczne czy elektryczne. Zasady te stosują się także częściowo do większych nanocząsteczek, które otrzymywane są są pomocą suszenia i sedymentacji, co nie daje odpowiedniej kontroli nad ich kształtem.

Zespół Mirkina we współpracy z profesor Olvera de la Cruz z McCormick School of Engineering nie tylko opracował technikę tworzenia kryształów z nanocząsteczek i specyficznego typu DNA, ale także opisał postawy teoretyczne zjawiska - co pozwala przewidzieć i symulować kształt tworzonej struktury.


Obraz z mikroskopu elektronowego pokazujący fasetowany nanokryształek, zbudowany z nanocząsteczek połączonych ze sobą w określonym porządku dzięki oddziaływaniom przyczepionych do nich fragmentów DNA. Na dole schematyczna symulacja systemu. Kształt nanokryształka to dwunastościan rombowy o równowagowej strukturze krystalicznej, często spotykany w systemach metalicznych z przestrzennie centrowanym układem atomów. Fasetowaty kształt, czyli z płaskimi powierzchniami i równymi, prostymi brzegami mówi o dobrej jakości kryształu. Zbyt szybkie schładzanie czy DNA o złej długości powoduje obłe deformacje jego struktury.   (Evelyn Auyeung/Ting Li/Chad A. Mirkin/Monica Olvera de la Cruz)

























Nici DNA tworzą wiązania pomiędzy nanocząsteczkami złota, przekształcając nieuporządkowaną strukturę w kryształ. Wykazano, że ważnym czynnikiem w jego formowaniu jest stosunek długości łączników z DNA do wielkości kryształu – warunkujący energię powierzchniową ściany fasety. Nieprawidłowa wartość stosunku skutkuje fluktuacjami energii i powstający kryształ nie jest fasetowany.

Aby uzyskać w labolatorium samoskładające się, pojedyncze kryształki w wodzie umieszczono nanocząsteczki złota opłaszczone DNA. Rozwór został ogrzany do temperatury punktu topnienia łączników DNA i był schładzany przez 2-3 dni do temperatury pokojowej. Powolny proces schładzania pozwalał na znalezienie jednoniciowemu DNA właściwych miejsc wiązania, układając cząsteczki w określonym porządku i dając w rezultacie wysokiej jakości pojedynczy kryształ o wielkości ok. 3 mikronów.


DNA wykorzystano zarówno jako blueprint (instrukcja do budowy), jak i podstawowy element konstrukcji kryształków. Dzięki zaprogramowanym oddziaływaniom DNA, nanocząsteczki składane są w określonych układach, dając trójwymiarowe struktury o odpowiednio zdefiniowanych kształach. (Evelyn Auyeung/Ting Li/Chad A. Mirkin/Monica Olvera de la Cruz)

Określono, że podczepione DNA nie może być o wiele dłuższe od samej nanocząsteczki. Cząsteczki wykorzystane w badaniu miały od 5 do 20nm, a długość DNA formującego kryształy wynosiła ok. 18 par zasad i 6 zasad na „lepkich końcach” (jednoniciowy odcinek, gdzie zasady nie mają pary)  tworzących wiązania. Według profesora Mirkina,  w przyszłości - po zmodyfikowaniu techniki - możliwe stanie się uzyskanie kryształów o większych rozmiarach. Pierwszym krokiem na nowej drodze będzie stworzenie nanokryształów o pożądanych właściwościach i badanie procesu ich krystalizacji. Wydaje się, że zasady ich wzrostu nieco różnią się od zasad rządzących powstawaniem prawdziwych kryształów, jednak spełniają one reguły konstrukcji krystalicznej Wuffa, czym naśladują krystalizację na poziomie atomowym (tworzenie tradycyjnych kryształów).


PODOBAŁO SIĘ? CHCESZ BYĆ NA BIEŻĄCO Z KOLEJNYMI ARTYKUŁAMI? 

opracowanie: red. Seweryn Frasiński

źródła:
DNA-mediated nanoparticle crystallization into Wulff polyhedra. Nature 2013 doi:10.1038/nature12739

ResearchBlogging.orgEvelyn Auyeung,, Ting I. N. G. Li,, Andrew J. Senesi,, Abrin L. Schmucker,, Bridget C. Pals,, Monica Olvera de la Cruz, & Chad A. Mirkin (2013). DNA-mediated nanoparticle crystallization into Wulff polyhedra Nature : doi:10.1038/nature12739

Komentarze

Popularne posty z tego bloga

Spermatogeneza + Schemat przebiegu spermatogenezy

Spermatogeneza Definicja procesu Spermatogeneza jest procesem przebiegającym w gonadach osobnika męskiego. Ma on na celu wytworzenie męskich komórek rozrodczych – plemników . Przebieg spermatogenezy ryc. 1. Schemat przebiegu spermatogenezy Podstawą do rozpoczęcia spermatogenezy są pierwotne komórki płciowe zwane też  komórkami prapłciowymi (gonocyty) .  Zawartość materiału genetycznego w tych komórkach to 2n. W stadium płodowym komórki te dzielą się mitotycznie, zwiększając swoją liczbę. Część degeneruje, cześć przechodzi do spoczynku (stadium prespermatogonialne). Ok. 3 miesiąca życia z komórek prapłciowych tworzą się spermatogonia , z których powstają natomiast  spermatocyty I rzędu  – największe komórki ( 3-4 rok życia ). Te ostatnie to komórki z ilością materiału genetycznego 2n, powstałe również w wyniku podziałów mitotycznych. Wydarzenia te są etapem nazywanym  spermatogoniogenezą . Po niej następuje kolejny,  spermatocytogeneza . Rozpoczyna się

Rozmnażanie storczyków - keiki

Storczyki wytwarzają nasiona, jednak ich wysiew i otrzymywanie dorosłej rośliny jest czasochłonne i nie zawsze skuteczne. 

Bluszcz - roślina w kulturze, sztuce, religii

Bluszcz pospolity ( Hedera helix L . ) jest gatunkiem zwanym wiecznie zielonym pnączem. Hedera helix L. należy do rodziny araliowatych ( Araliaceae ) i jest jedynym jej przedstawicielem w polskiej florze. Stanowi on również jedyne polskie pnącze o liściach zimotrwałych. Siedliska posiada on w lasach całej Polski. Podlega on jednak ochronie prawnej, mimo że jest gatunkiem inwazyjnym. Występuje on w całej Europie i Azji Mniejszej.

Aparaty szparkowe

Aparat szparkowy to niezwykle ważny element funkcjonalny rośliny. 

Ajoloty, czyli „węże z łapkami”

Co wyjdzie ze skrzyżowania węża, kreta i dżdżownicy? Komisja etyczna ds. nauki tym się nie zainteresuje, bo coś takiego już istnieje w naturze. W Meksyku żyją 4 endemiczne gatunki gadów z rodziny Bipedidae, przypominające węże z krecimi łapkami.