Forskere vugger sølv -nanokluster inde i syntetisk DNA for at skabe en programmeret, afstemt fluorescerende array

Sølvet, der bruges af Beth Gwinns forskergruppe ved UC Santa Barbara, har værdi langt over dets værdi som en vare, selvom det bruges i meget små mængder.

Gruppen arbejder med ædle metaller for at skabe nanoskala sølvklynger med unikke fluorescerende egenskaber. Disse egenskaber er vigtige for en række forskellige sanseapplikationer, herunder biomedicinsk billeddannelse.

Holdets seneste forskning er offentliggjort i en fremhævet artikel i denne måneds udgave af ACS Nano , et tidsskrift for American Chemical Society. Forskerne placerede sølvklynger på programmerede steder på et nanoskala brødbræt, en konstruktionsbase til prototyping af fotonik og elektronik. "Vores" brødbræt "er et DNA -nanorør med mellemrum programmeret 7 nanometer fra hinanden, "sagde hovedforfatter Stacy Copp, en kandidatstuderende i UCSBs Institut for Fysik.

"På grund af de stærke vekselvirkninger mellem DNA og metalatomer, det er ret udfordrende at designe DNA -brødbrætter, der bevarer deres ønskede struktur, når disse nye interaktioner introduceres, "sagde Gwinn, professor i UCSBs Institut for Fysik. "Stacys arbejde har vist, at brødbrættet ikke kun kan bevare sin form, når sølvklynger er til stede, det kan også placere arrays af mange hundrede klynger, der indeholder identiske antal sølvatomer - en bemærkelsesværdig grad af kontrol, der er lovende for at realisere nye typer nanoskala fotonik. "

Resultaterne af denne nye form for DNA -nanoteknologi adresserer vanskeligheden ved at opnå ensartede partikelstørrelser og former. "For at lave fotoniske arrays ved hjælp af en selvsamlingsproces, du skal være i stand til at programmere positionerne for de klynger, du sætter på arrayet, "Copp forklaret." Dette papir er den første demonstration af dette for sølvklynger. "

Klyngernes farver bestemmes stort set af den DNA -sekvens, der ombrydes omkring dem og styrer deres størrelse. For at oprette en positionerbar sølvklynge med DNA-programmeret farve, forskerne konstruerede et stykke DNA med to dele:den ene, der vikler rundt om klyngen, og den anden, der fastgøres til DNA -nanorøret. "Stikker ud af nanorøret er korte DNA -tråde, der fungerer som dockingstationer for sølvklyngernes værtsstrenge, "Forklarede Copp.

Forskningsgruppens team af kandidat- og bachelorforskere er i stand til at tune sølvklyngerne til fluorescerende i en lang række farver, fra blågrønt hele vejen til det infrarøde-en vigtig præstation, fordi væv har vinduer med høj gennemsigtighed i det infrarøde. Ifølge Copp, biologer leder altid efter bedre farvestofmolekyler eller andre infrarøde emitterende objekter, der skal bruges til billeddannelse gennem et væv.

"Folk bruger allerede lignende sølvklynge -teknologier til at fornemme kviksølvioner, små stykker DNA, der er vigtige for menneskelige sygdomme, og en række andre biokemiske molekyler, "Copp sagde." Men der er meget mere, du kan lære ved at lægge sølvklyngerne på et brødbræt i stedet for at lave eksperimenter i et reagensglas. Du får mere information, hvis du kan se en række forskellige molekyler på samme tid. "

Det modulære design, der præsenteres i denne forskning, betyder, at dets trin-for-trin-proces let kan generaliseres til sølvklynger af forskellige størrelser og til mange typer DNA-stilladser. Papiret leder læserne gennem processen med at skabe det DNA, der stabiliserer sølvklynger. Denne nyligt skitserede protokol giver efterforskere en ny grad af kontrol og fleksibilitet inden for det hurtigt voksende område inden for nanofotonik.

Det overordnede tema for Copps forskning er at forstå, hvordan DNA styrer selve sølvklyngernes størrelse og form og derefter finde ud af at bruge det faktum, at disse sølvklynger er stabiliseret af DNA for at bygge nanoskala -arrays.

"Det er udfordrende, fordi vi ikke rigtigt forstår interaktionerne mellem sølv og DNA alene, "Copp sagde." Så en del af det, jeg har gjort, er at bruge store datasæt til at oprette en række arbejdssekvenser, som vi har offentliggjort, så andre forskere kan bruge dem. Vi vil give forskere værktøjer til at designe disse typer strukturer intelligent i stedet for bare at skulle gætte. "

Papirets anerkendelser omfatter en dedikation til "de studerende, der mistede livet i Isla Vista -tragedien og til modet hos de første respondenter, hvis uselviske handlinger reddede mange liv. "