En blanding af bittesmå guld- og viruspartikler - og de DNA-bånd, der binder dem

Forskere har skabt et diamantlignende gitter bestående af guld nanopartikler og virale partikler, vævet sammen og holdt på plads af DNA-strenge. Strukturen – en karakteristisk blanding af hårde, metalliske nanopartikler og organiske virale stykker kendt som capsider, forbundet af selve livets ting, DNA - markerer et bemærkelsesværdigt skridt i videnskabsmænds evne til at kombinere et udvalg af materialer for at skabe uendeligt små enheder.

Forskningen, udført af forskere ved University of Rochester Medical Center, Scripps Research Institute, og Massachusetts Institute of Technology, blev udgivet for nylig i Naturmaterialer .

Mens folk almindeligvis tænker på DNA som en plan for livet, holdet brugte i stedet DNA som et værktøj til at guide den præcise positionering af små partikler kun en milliontedel af en centimeter på tværs, bruge DNA til at chaperere partiklerne.

Centralt i arbejdet er den unikke tiltrækning af hver af DNA's fire kemiske baser til kun én anden base. Forskerne skabte specifikke stykker DNA og derefter knyttet dem til guld nanopartikler og virale partikler, at vælge sekvenserne og placere dem nøjagtigt for at tvinge partiklerne til at arrangere sig selv i et krystalgitter.

Da videnskabsmænd blandede partiklerne, ud af brygget dukkede et natriumthallium-krystalgitter op. Enheden "selvsamlet" eller bogstaveligt talt bygget sig selv.

Forskningen tilføjer en vis velkommen fleksibilitet til det værktøjssæt, som videnskabsmænd har til rådighed for at skabe enheder i nanostørrelse.

"Økologiske materialer interagerer på måder, der er meget forskellige fra metalnanopartikler. Det faktum, at vi var i stand til at få så forskellige materialer til at fungere sammen og være kompatible i en enkelt struktur, viser nogle nye muligheder for at bygge enheder i nanostørrelse, " sagde Sung Yong Park, Ph.D., en forskningsassistent professor i biostatistik og beregningsbiologi ved Rochester.

Park og M.G Finn, Ph.D., fra Scripps Research Institute er tilsvarende forfattere af papiret.

Et sådant krystalgitter er potentielt en central ingrediens i en enhed kendt som en fotonisk krystal, som kan manipulere lys meget præcist, blokerer bestemte farver eller bølgelængder af lys, mens andre farver passerer. Mens der findes 3-D fotoniske krystaller, der kan bøje lys ved længere bølgelængder, såsom infrarød, dette gitter er i stand til at manipulere synligt lys. Forskere forudser mange anvendelser for sådanne krystaller, såsom optisk databehandling og telekommunikation, men fremstilling og holdbarhed er fortsat alvorlige udfordringer.

Det var tre år siden, at Park, som en del af et større team af kolleger ved Northwestern University, først fremstillede et krystalgitter med en lignende metode, bruge DNA til at forbinde guld nanosfærer. Det nye arbejde er det første, der kombinerer partikler med så forskellige egenskaber – hårde guld-nanopartikler og mere fleksible organiske partikler.

Inden for den nye struktur, der er faktisk to distinkte kræfter på vej, sagde Park. Guldpartiklerne og viruspartiklerne frastøder hinanden, men deres afskrækkelse modvirkes af tiltrækningen mellem de strategisk placerede komplementære DNA-strenge. Begge fænomener spiller en rolle i at skabe det stive krystalgitter. Det er lidt ligesom, hvordan modkræfter holder vores gardiner oppe:En fjeder i en gardinstang skubber stangen til at forlænge, mens beslag på vinduesrammen modvirker den kraft, skabe en stram, stiv anordning.