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 SNA
– sferyczny 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.

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

Komentarze
Prześlij komentarz
Zapraszamy do komentowania, każdą uwagą warto się podzielić