Løftet om nanofremstilling ved hjælp af DNA-origami

(PhysOrg.com) - I de seneste år har forskere er begyndt at udnytte DNA's kraftfulde molekylære maskineri til at bygge kunstige strukturer på nanoskala ved hjælp af den naturlige evne hos par af DNA-molekyler til at samles til komplekse strukturer. Sådan "DNA origami, ”Først udviklet ved California Institute of Technology, kunne tilvejebringe et middel til at samle komplekse nanostrukturer såsom halvlederanordninger, sensorer og medicinafgivelsessystemer, fra bunden og op.

Mens de fleste forskere på området arbejder på at demonstrere, hvad der er muligt, forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) søger at bestemme, hvad der er praktisk.

Ifølge NIST-forsker Alex Liddle, det er meget som at bygge med LEGO'er – nogle mønstre gør det muligt for klodserne at passe tæt sammen og hænge stærkt sammen, og nogle gør det ikke.

"Hvis teknologien rent faktisk skal være nyttig, du skal finde ud af, hvor godt det fungerer, ” siger Liddle. "Vi har fastslået, hvad en række af de kritiske faktorer er for det specifikke tilfælde med at samle nanostrukturer ved hjælp af en DNA-origami skabelon og har vist, hvordan korrekt design af de ønskede nanostrukturer er afgørende for at opnå et godt udbytte, bevæger sig, vi håber, teknologien et skridt fremad. ”

I DNA origami, forskere lægger en lang tråd af DNA og fastgør "hæfteklammer" bestående af komplementære strenge, der binder sig for at få DNA'et til at folde sig sammen til forskellige former, inklusive rektangler, firkanter og trekanter. Formerne fungerer som en skabelon, hvorpå objekter i nanoskala som nanopartikler og kvanteprikker kan fastgøres ved hjælp af strenge af linkermolekyler.

NIST-forskerne målte, hvor hurtigt strukturer i nanoskala kan samles ved hjælp af denne teknik, hvor præcis monteringsprocessen er, hvor tæt de kan placeres, og styrken af ​​bindingerne mellem nanopartiklerne og DNA origami -skabelonen.

Det, de fandt, er, at en simpel struktur, fire kvanteprikker i hjørnerne af et 70 nanometer gange 100 nanometer origami rektangel, tager op til 24 timer at samle sig selv med en fejlprocent på cirka 5 procent.

Andre mønstre, der placerede tre og fire prikker i en linje gennem midten af ​​origami -skabelonen, var i stigende grad tilbøjelige til fejl. Beklædning af prikkerne i biomaterialer, en nødvendighed for at vedhæfte dem til skabelonen, øger deres effektive diameter. En bredere effektiv diameter (ca. 20 nanometer) begrænser, hvor tæt prikkerne kan placeres, og øger også deres tendens til at forstyrre hinanden under selvsamling, fører til højere fejlprocenter og lavere bindingsstyrke. Denne tendens var især udtalt for mønstrene med fire prikker.

"Samlet set vi tror, ​​at denne proces er god til at opbygge strukturer til biologiske applikationer som sensorer og lægemiddeltilførsel, men det kan være lidt af en strækning, når det anvendes til fremstilling af halvlederenheder - afstandene kan ikke gøres små nok, og fejlraten er bare for høj, ” siger Liddle.