DNA kan fungere som velcro for nanopartikler

DNA kan gøre mere end at styre, hvordan kroppe er lavet - det kan også styre sammensætningen af ​​mange slags materialer, ifølge en ny undersøgelse fra det amerikanske energiministeriums Argonne National Laboratory.

Argonne-forsker Byeongdu Lee og hans kolleger ved Northwestern University opdagede, at DNA-strenge kan fungere som en slags nanoskopisk "velcro", der binder forskellige nanopartikler sammen. "Det er generelt vanskeligt præcist at kontrollere samlingen af ​​disse typer af nanostrukturer, " sagde Lee. "Ved at bruge DNA, vi låner naturens kraft."

"Velcro"-effekten af ​​DNA'et er forårsaget af molekylets "klæbende ender, "som er områder af uparrede nukleotider - byggestenene i DNA - der er tilbøjelige til at binde sig kemisk til deres baseparpartnere, ligesom i vores gener. Når tilstrækkeligt ens regioner kontakter hinanden, kemiske bindinger danner et stift gitter. Forskere og ingeniører mener, at disse komplekse nanostrukturer har potentialet til at danne grundlag for ny plast, elektronik og brændstoffer.

I 2008 Lee og hans kolleger knyttede DNA til sfæriske nanopartikler lavet af guld, i håb om at kontrollere den måde, partiklerne arrangerer sig selv på, bestilte krystaller. Denne proces kaldes nanopartikelpakning, " og Lee mente, at ved at fæstne DNA til nanopartiklerne, han kunne styre, hvordan de pakkede sammen. "Materialer, der er pakket forskelligt - selvom de er lavet af det samme stof - har vist sig at udvise dramatisk forskellige fysiske og kemiske egenskaber, " sagde Lee.

Mens 2008-eksperimentet viste, at DNA så ud til at kontrollere den forekomst af nanosfærepakning, det var ikke kendt, om effekten ville forekomme med forskellige nanopartikelgeometrier. Det nyere eksperiment så på forskellige former for nanopartikler for at bestemme, om deres konturer påvirkede, hvordan de pakkede.

Ifølge Lee, de sfæriske nanopartikler i det tidligere eksperiment havde en tendens til at arrangere sig selv i en af ​​to separate typer kubiske krystaller:en ansigtscentreret terning (en simpel terning med nanosfærer ved hvert toppunkt og yderligere dem placeret i midten af ​​hver flade) eller en krops- centreret terning (en simpel terning med en ekstra nanosfære placeret i midten af ​​selve terningen). Den type gitter, som nanopartiklerne dannede, blev bestemt af, hvordan de "klæbrige ender", der var knyttet til nanopartiklerne, parrede sig sammen.

I det nyere eksperiment, partiklernes form ændrede materialets endelige struktur, men kun i det omfang det ændrede, hvordan DNA'et "klæbende ender" fæstnet til hinanden. Faktisk, undersøgelsen viste, at dodekaedriske (12-sidede) nanopartikler arrangeret i en ansigtscentreret kubisk konfiguration, mens oktaedriske (8-sidede) nanopartikler dannede kropscentrerede terninger - selv når nanopartiklerne var knyttet til identiske DNA-strenge. "Vi er muligvis i stand til at lave alle forskellige typer af nanopartikelpakningsstrukturer, men den struktur, der vil resultere, vil altid være den, der maksimerer mængden af ​​binding, " han sagde.

"Den ansigtscentrerede kubiske struktur er den mest kompakte måde for nanopartiklerne at arrangere sig selv, mens den kropscentrerede cubic er lidt mindre kompakt. DNA-bindingen er virkelig den sande kraft, der styrer konstruktionen af ​​gitteret, " han tilføjede.