Forskere konstruerer kolloide kvasikrystaller ved hjælp af DNA-modificerede byggesten
Et team af forskere fra Mirkin Group ved Northwestern University's International Institute for Nanotechnology i samarbejde med University of Michigan og Center for Cooperative Research in Biomaterials-CIC biomaGUNE, afslører en ny metode til at konstruere kolloide kvasikrystaller ved hjælp af DNA-modificerede byggesten. Deres undersøgelse er publiceret i tidsskriftet Nature Materials under titlen "Colloidal Quasicrystals Engineered with DNA."
Karakteriseret af ordnede, men ikke-gentagende mønstre, har kvasikrystaller længe forvirret videnskabsmænd. "Eksistensen af kvasikrystaller har været et puslespil i årtier, og deres opdagelse blev passende belønnet med en Nobelpris," sagde Chad Mirkin, undersøgelsens ledende forsker.
"Selvom der nu er flere kendte eksempler, opdaget i naturen eller gennem serendipitøse ruter, afmystificerer vores forskning deres dannelse og endnu vigtigere viser, hvordan vi kan udnytte den programmerbare natur af DNA til at designe og samle kvasikrystaller bevidst."
Omdrejningspunktet for undersøgelsen var samlingen af dekaedriske nanopartikler (NP'er) - partikler med 10 sider - ved at bruge DNA som et styrende stillads. Gennem en kombination af computersimuleringer og omhyggelige eksperimenter afslørede holdet en bemærkelsesværdig opdagelse:disse dekaedriske NP'er kan orkestreres til at danne kvasikrystallinske strukturer med spændende fem- og seks-koordinerede motiver, hvilket i sidste ende kulminerer i skabelsen af en todekagonal kvasikrystal (DDQC).
"Dekaedriske nanopartikler har en karakteristisk femdobbelt symmetri, der udfordrer de konventionelle periodiske flisebelægningsnormer," sagde Mirkin. "Ved at udnytte de programmerbare egenskaber af DNA var vi i stand til at dirigere samlingen af disse nanopartikler ind i en robust kvasikrystallinsk struktur."
Forskerne funktionaliserede dekaedriske guldnanopartikler med kort, dobbeltstrenget DNA og implementerede en præcist styret afkølingsproces for at lette samlingen. De resulterende kvasikrystallinske supergitter udviste kvasiperiodisk rækkefølge i mellem-rækkevidde, med strenge strukturelle analyser, der bekræfter tilstedeværelsen af tolv gange symmetri og et karakteristisk trekant-kvadratisk flisemønster, kendetegn ved en DDQC.
"Interessant nok opdagede simuleringerne, at i modsætning til de fleste aksiale kvasikrystaller, gentages flisemønsteret af lagene i dekahedronens kvasikrystaller ikke identisk fra det ene lag til det næste. I stedet er en betydelig procentdel af fliserne forskellige, på en tilfældig måde. Denne tilfældighed frembringer en lidelse, der hjælper med at stabilisere krystallen," sagde Sharon Glotzer, medtilsvarende forfatter til undersøgelsen og formand for afdelingen for kemiingeniør ved University of Michigan.
Implikationerne af dette gennembrud er vidtrækkende og tilbyder en potentiel plan for den kontrollerede syntese af andre komplekse strukturer, der tidligere blev betragtet som uden for rækkevidde. Efterhånden som det videnskabelige samfund dykker ned i de grænseløse perspektiver for programmerbart stof, baner denne forskning vejen for transformative fremskridt og anvendelser inden for forskellige videnskabelige domæner.
"Gennem den vellykkede konstruktion af kolloide kvasikrystaller har vi opnået en betydelig milepæl inden for nanovidenskabens område. Vores arbejde kaster ikke kun lys over design og skabelse af indviklede nanoskalastrukturer, men åbner også en verden af muligheder for avancerede materialer og innovative nanoteknologiske applikationer ," sagde Luis Liz-Marzán, en senior medforfatter af undersøgelsen fra CIC biomaGUNE.
Flere oplysninger: Kolloide kvasikrystaller konstrueret med DNA, naturmaterialer (2023). DOI:10.1038/s41563-023-01706-x
Journaloplysninger: Naturmaterialer
Leveret af Northwestern University
Varme artikler
-
At komme til sagens kerne:Nanogeler til hjerteanfaldspatienterKredit:American Chemical Society Hjertesygdomme og hjertelaterede sygdomme er en førende dødsårsag rundt om i verden, men behandlingsmulighederne er begrænsede. Nu, en gruppe melder sig ind ACS N -
Fluorescensmikroskopi ved højeste rumlige og tidsmæssige opløsningKredit:ACS LMU-forskere forenkler MINFLUX-mikroskopet og er lykkedes med at differentiere molekyler, der er ekstremt tæt på hinanden, og spore deres dynamik. For kun få år siden, en tilsyneladend -
Plasmoniske nanoreaktorer regulerer selektiv oxidation via energiske elektroner og nanobegrænsede t…Karakterisering af Au-Cu2O katalysator og dens katalytiske ydeevne respons på belysning. (A) Skematisk over den SP-regulerede partielle oxidation af propylen på Au-Cu2O plasmonstrukturen. (B) SEM-bill -
Solpaneler lige så billige som maling? Det er muligt på grund af ny forskningDette er universitetet i Buffalo, assisterende professor i elektroteknik. Kredit:University at Buffalo (Phys.org) — De fleste amerikanere ønsker, at USA lægger mere vægt på at udvikle solenergi, d
- Kantstrømmene, der ikke følger med strømmen:Forskere gør en ejendommelig kvanteopdagelse
- Nyt geoelektrisk farekort viser potentiel sårbarhed over for højspændingsnettet for to tredjedele…
- Undersøgelse undersøger sociale mediers indflydelse på tv-debatvisning
- Global handel med råvarer og forbrug placerer verdens primater i fare for at uddø
- Luftfartstest på Sandia går grønt med alternativ til sprængstoffer
- Japan, hjemsted for den højteknologiske loo, håber grundlæggende toilet kan redde liv