DNA-coated纳米晶体工程的钻石联赛

两组科学家在美国发展的方法构建纳米颗粒晶格从DNA债券。这两种技术,基于DNA折纸或自组装,提高化学的前景锻造材料的设计。

自1980年代以来,科学家们一直在操纵创建从DNA步行者或辊异国情调的格子模式。其他人已经探索DNA的想法将在三维晶格金属纳米粒子结合在一起,防止它们落入他们通常采用限制性拥挤不堪的结构。

我们试图创造一个全新的化学领域,我们已经这样做了20年了,我们定义构件以一种新的方式,”说乍得墨金来自西北大学赢得了必威体育 红利账户化学世界2013年年度企业家奖。

早在1996年,墨金集团意识到单一DNA链可以嫁接到金纳米粒子的表面,这将债券在一起如果他们互补链。¹“你能想到的一个粒子原子和寡核苷酸作为一个高度可编程键,“墨金解释说。“如果事情做好,您可以开始构建高度有序的结构,事实上在本质上水晶…你可以单独成键特征从粒子的身份。”

在孤立的身份从成键,似乎可以无限可能。一旦我们知道可以形成一个特定的结构,我们可以交换任何粒子,“墨金说。只要我们使用相同的DNA序列,它将组装成完全相同的结构。”

诱饵

但是团队已经前进了一步,寻找灵感来自一个新兴的生物学领域,创建一个可变形的纳米颗粒。“我们正在考虑多能细胞,”墨金的评论。的想法…当引入适当的化学信号,他们会分化成功能性细胞”。

在最近的研究中,团队的金纳米颗粒,直径约10-20nm,有许多封闭的“发夹”DNA链沿表面不能与邻近粒子链联系起来。²“效应”链,或短的寡核苷酸序列,作为开关和打开这些发夹、允许粒子债券进入晶格的安排。

可变形的方面是明显不同的DNA链固定在粒子。开关可以选择性地打开发夹与互补链,使粒子形成face-centred-cubic晶格。non-complementary链暴露时,体心立方的安排是青睐。

这晶体开关将允许团队“程序”一大堆的结晶行为,从晶体晶格参数或习惯,并创建结构,甚至不存在。没有地球上更好的晶体工程的例子,“墨金说。“你有效地采取一个粒子在不改变其核心身份[和]你改变其债券的特征。”

钻石联赛

使纳米粒子定向“化合价”也被探索奥列格帮派布鲁克海文国家实验室和他的同事们。³但他们的动机源于创建复杂的结构像钻石的纯净的挑战从金属纳米颗粒。“原来这是一个极具挑战性的问题自己从结构的观点来看,“黑帮说。在某种意义上钻石的创建测试我们的能力制造复合材料的自组装。

帮派解释说,钻石的困难源于低体积分数比其他晶格安排。结构总是倾向于采用高密度的状态。

以前曾试图让钻石从DNA-coated金属纳米粒子纠结这个问题,研究者往往限制粒子位置和焊接参数在很大程度上。但这些限制并不必要帮派的技术。

团队首先由四面体笼子通过折叠8000 -基地长DNA链包含“主食”——"的短链DNA连接在一起。

笼子里有几个“粘性”单一链内打开笼子,束在每一个对外的四个顶点。的那些内部股,他们基本上可以捕获DNA-coated粒子,”解释了帮派。这个粒子不是各向同性的,它只能根据这些顶点进行交互。“关在笼子里的粒子可以因此配合四个邻国纳米颗粒和钻石的结构可以建造。

晶体控制

帮派,自组装方法比先前有一个明确的优势:“你可以建立的条件混合两个粒子,不是控制如何将连接到另一个地方…[是]不会限制系统太多——你,而留下许多自由系统,它可以形成钻石。”

这种自由是帮派和墨金的技术核心,在后一种情况下,墨金认为这种自由会在晶体工程开辟新的途径。没人可以,提前做出新材料时,程序晶体对称性,晶格参数和晶体习性——我们可以用这个系统,“墨金说。,我们一直试图建立有效的元素的一个新表上定义这些概念,materials-by-design开辟了一个全新的领域。

Jan Vermant软材料化学家从位于苏黎世的瑞士联邦理工学院,他并没有参与这项工作,是印象深刻的研究,但也引发了人们对其可伸缩性的担忧。“控制结构令人印象深刻,”Vermant告诉必威体育 红利账户。”这将是有趣的,看看这些想法和结构可以翻译成材料具有独特的性质。