Bestemmelse af krystalstrukturen af ​​en DNA-stabiliseret sølv nanocluster

Nanoclusters er små "dynger" af nogle få atomer, der ofte har interessante optiske egenskaber og kan blive nyttige prober til billeddannelsesprocesser inden for områder som biomedicin og diagnostik. I journalen Angewandte Chemie , forskere har introduceret en nanocluster af 16 sølvatomer stabiliseret af en indpakning af DNA-strenge. Ved hjælp af røntgenanalyse, de var i stand til at bestemme krystalstrukturen og identificere vigtige interaktioner i den.

I modsætning til faste stoffer eller nanopartikler, nanoklynger, som molekyler, kan skifte mellem diskrete energiniveauer ved at absorbere eller udsende lys (fluorescens). Nanoclusters lavet af sølv er særligt interessante - især fordi de kan fluorescere meget klart. Deres optiske egenskaber afhænger stærkt af størrelsen af ​​nanoclusterne, så det er vigtigt at lave individuelle klynger med et præcist defineret antal atomer. For flere år, videnskabsmænd har brugt korte DNA-strenge som biokompatible, vandopløselige alternativer til konventionelle "skabeloner".

Et team ledet af Tom Vosch ved Københavns Universitet, Danmark, og Jiro Kondo på Sophia University, Tokyo, Japan, har krystalliseret en nanocluster på præcis 16 sølvatomer ved hjælp af en DNA-sekvens på ti nukleotider. De magenta krystaller udsender lys i det nære infrarøde, når de bestråles med grønt lys, med næsten identiske spektre som en krystal eller i opløsning.

Strukturel analyse afslørede, at Ag16 nanoclusterne har en diameter på omkring 7 Å og en højde på omkring 15 Å (1 Å er en ti milliontedel af en millimeter). Hver nanocluster er tæt pakket ind og næsten fuldstændig afskærmet af to DNA-strenge i en hestesko-konformation. De to DNA-strenge er primært bundet af vekselvirkninger med sølvatomerne og til en vis grad af nogle få brintbindinger. Overraskende nok, ingen af ​​Watson-Crick-baseparringen, der typisk observeres for DNA, findes i dette tilfælde. Derudover nye sølv-sølv-interaktioner blev observeret i klyngen.

Pakning af DNA-sølv nanoclusterne i krystallen fremmes af forskellige interaktioner, herunder dem mellem fosfatgrupper og calciumioner, og π-stabling mellem tilstødende thyminnukleobaser. Sidstnævnte spiller en vigtig rolle i krystallisationsprocessen. Derudover løst associerede sølvkationer er til stede i krystallen; nogle danner en bro mellem DNA-baser, mens andre kun interagerer med sølvatomer i kernen af ​​klyngerne.

Disse nye indsigter kan være med til at forklare forholdet mellem struktur- og emissionsegenskaber af nanoklynger, og at udvikle en metode til syntese af yderligere monodispers, biokompatibel, vandopløselige sølvklynger med fordelagtige fotofysiske egenskaber til anvendelser såsom biomedicinsk billeddannelse.