Enkeltstrenget DNA som supramolekylær skabelon til højt organiserede palladium nanotråde

Nanotråde er vitale komponenter for fremtidens nanoelektronik, sensorer, og nanomedicin. For at opnå den nødvendige kompleksitet, det er nødvendigt at kontrollere positionen og væksten af ​​metalkæderne på atomniveau. I journalen Angewandte Chemie , et forskerhold har introduceret en ny tilgang, der genererer præcist kontrollerede, spiralformet, palladium-DNA-systemer, der efterligner organiseringen af ​​naturlige basepar i et dobbeltstrenget DNA-molekyle.

Et team fra Europa og USA ledet af Miguel A. Galindo har nu udviklet en elegant metode til at producere individuelle, kontinuerlige kæder af palladiumioner. Processen er baseret på selvorganiseret samling af et specielt palladiumkompleks og enkeltstrengede DNA-molekyler.

I de seneste år, DNA er blevet et vigtigt værktøj for nanovidenskab og nanoteknologi, især på grund af muligheden for at "programmere" de resulterende strukturer gennem basesekvensen af ​​det anvendte DNA. Inkorporering af metaller i DNA-strukturer kan give dem egenskaber som ledningsevne, katalytisk aktivitet, magnetisme, og fotoaktivitet.

Imidlertid, organisering af metalioner i DNA-molekyler er ikke trivielt, fordi metalioner kan binde sig til mange forskellige steder. Galindos team udviklede en smart metode til at kontrollere bindingen af ​​palladiumioner til specifikke steder. De bruger et specielt konstrueret palladiumkompleks, der kan danne basepar med naturlige adeninbaser i en DNA-streng. Liganden i dette kompleks er en flad, aromatisk ringsystem, der griber tre af de fire tilgængelige bindingspositioner på palladiumionen. Den fjerde position af palladium er så tilgængelig til at binde til et meget specifikt nitrogenatom i adenin. Liganden har også oxygenatomer, der er i stand til at danne en hydrogenbinding med den tilstødende NH2-gruppe i adeninet. Dette bindingsmønster svarer nøjagtigt til en Watson-Crick baseparring, men nu formidlet af en palladiumion, hvilket gør den betydeligt stærkere end naturlig Watson-Crick-parring.

Hvis der anvendes en DNA-streng, der udelukkende er lavet af adeninbaser, et palladiumkompleks binder til hver adenin. De flade ligander samler sig selv i koplanære stakke, ligesom naturlige baser. Dette resulterer i en dobbeltstreng lavet af DNA- og palladiumkomplekser, der svarer til en naturlig DNA-dobbelthelix, hvor den ene streng er blevet erstattet af en supramolekylær stak af kontinuerlige palladiumkomplekser.

Selvom holdet endnu ikke har demonstreret disse systemers ledende egenskaber, det kan forventes, at den korrekte reduktion af disse metalioner kan føre til dannelsen af ​​en ledende nanotråd med en meget kontrolleret struktur. Forskergruppen arbejder i øjeblikket på denne linje såvel som i modifikationen af ​​liganden, som også kan give nye egenskaber til systemet.