DNA kan meer doen dan bepalen hoe lichamen worden gemaakt -- het kan ook de samenstelling van vele soorten materialen sturen, volgens een nieuwe studie van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy.

Argonne-onderzoeker Byeongdu Lee en zijn collega's van de Northwestern University ontdekten dat DNA-strengen kunnen werken als een soort nanoscopisch "klittenband" dat verschillende nanodeeltjes aan elkaar bindt. "Het is over het algemeen moeilijk om de assemblage van dit soort nanostructuren precies te controleren, " zei Lee. "Door DNA te gebruiken, we lenen de kracht van de natuur."

Het "klittenband"-effect van het DNA wordt veroorzaakt door de "kleverige uiteinden van het molecuul, ", dit zijn regio's van ongepaarde nucleotiden - de bouwstenen van DNA - die geneigd zijn om chemisch te binden aan hun basenpaarpartners, net als in onze genen. Wanneer voldoende vergelijkbare regio's met elkaar in contact komen, chemische bindingen vormen een stijf rooster. Wetenschappers en ingenieurs geloven dat deze complexe nanostructuren de potentie hebben om de basis te vormen van nieuwe kunststoffen, elektronica en brandstoffen.

In 2008, Lee en zijn collega's bevestigden DNA aan bolvormige nanodeeltjes gemaakt van goud, in de hoop de manier te beheersen waarop de deeltjes zichzelf tot compact rangschikken, bestelde kristallen. Dit proces wordt "verpakking van nanodeeltjes" genoemd, " en Lee geloofde dat door DNA aan de nanodeeltjes te hechten, hij kon bepalen hoe ze samenpakten. "Materialen die anders zijn verpakt - zelfs als ze van dezelfde stof zijn gemaakt - hebben aangetoond dramatisch verschillende fysische en chemische eigenschappen te vertonen, "zei Leen.

Terwijl het experiment van 2008 aantoonde dat DNA dat exemplaar van nanosfeerverpakking leek te beheersen, het was niet bekend of het effect zou optreden bij verschillende geometrieën van nanodeeltjes. Het meer recente experiment keek naar verschillende vormen van nanodeeltjes om te bepalen of hun contouren invloed hadden op hoe ze verpakten.

Volgens Leen, de bolvormige nanodeeltjes in het eerdere experiment hadden de neiging zichzelf te rangschikken in een van twee afzonderlijke soorten kubische kristallen:een kubus in het midden van het gezicht (een eenvoudige kubus met nanobolletjes op elk hoekpunt en extra in het midden van elk vlak) of een lichaams- gecentreerde kubus (een eenvoudige kubus met een extra nanobol in het midden van de kubus zelf). Het type rooster dat de nanodeeltjes vormden, werd bepaald door hoe de "kleverige uiteinden" aan de nanodeeltjes aan elkaar waren gekoppeld.

In het meer recente experiment, de vorm van de deeltjes veranderde de uiteindelijke structuur van het materiaal, maar alleen voor zover het veranderde hoe de "kleverige uiteinden" van het DNA aan elkaar bevestigd waren. In feite, de studie toonde aan dat dodecaëdrische (12-zijdige) nanodeeltjes gerangschikt in een kubusvormige configuratie in het gezicht, terwijl octaëdrische (8-zijdige) nanodeeltjes lichaamsgerichte kubussen vormden - zelfs wanneer de nanodeeltjes waren bevestigd aan identieke DNA-strengen. "Misschien kunnen we alle verschillende soorten verpakkingsstructuren voor nanodeeltjes maken, maar de structuur die zal resulteren zal altijd degene zijn die de hoeveelheid binding maximaliseert, " hij zei.

"De op het gezicht gecentreerde kubische structuur is de meest compacte manier voor de nanodeeltjes om zichzelf te rangschikken, terwijl de op het lichaam gecentreerde kubus iets minder compact is. De DNA-binding is echt de ware kracht die de constructie van het rooster controleert, " hij voegde toe.