Wetenschappers hebben een diamantachtig rooster gemaakt dat bestaat uit gouden nanodeeltjes en virale deeltjes, verweven en op hun plaats gehouden door DNA-strengen. De structuur – een kenmerkende mix van harde, metalen nanodeeltjes en organische virale stukjes bekend als capsiden, verbonden door de dingen van het leven, DNA - markeert een opmerkelijke stap in het vermogen van wetenschappers om een ​​assortiment materialen te combineren om oneindig kleine apparaten te maken.

Het onderzoek, gedaan door wetenschappers van het University of Rochester Medical Center, Scripps-onderzoeksinstituut, en het Massachusetts Institute of Technology, werd onlangs gepubliceerd in Natuurmaterialen .

Terwijl mensen vaak denken aan DNA als een blauwdruk voor het leven, het team gebruikte in plaats daarvan DNA als hulpmiddel om de precieze positionering van kleine deeltjes met een diameter van slechts een miljoenste van een centimeter te begeleiden, met behulp van DNA om de deeltjes te chaperonneren.

Centraal in het werk staat de unieke aantrekkingskracht van elk van de vier chemische basen van DNA op slechts één andere base. De wetenschappers creëerden specifieke stukjes DNA en bevestigden ze vervolgens aan gouden nanodeeltjes en virale deeltjes, de sequenties kiezen en ze precies positioneren om de deeltjes te dwingen zichzelf in een kristalrooster te rangschikken.

Toen wetenschappers de deeltjes mengden, uit het brouwsel kwam een ​​natriumthallium kristalrooster tevoorschijn. Het apparaat "zelf geassembleerd" of letterlijk zelf gebouwd.

Het onderzoek voegt een welkome flexibiliteit toe aan de toolkit die wetenschappers beschikbaar hebben om apparaten van nanoformaat te maken.

"Organische materialen werken op een heel andere manier samen dan metalen nanodeeltjes. Het feit dat we in staat waren om zulke verschillende materialen samen te laten werken en compatibel te maken in een enkele structuur, toont enkele nieuwe mogelijkheden aan voor het bouwen van apparaten van nanoformaat, " zei Sung Yong Park, doctoraat, een onderzoeksassistent-professor Biostatistiek en Computational Biology in Rochester.

Park en MG Finn, doctoraat, van Scripps Research Institute zijn corresponderende auteurs van het papier.

Zo'n kristalrooster is mogelijk een centraal ingrediënt van een apparaat dat bekend staat als een fotonisch kristal, die licht heel precies kan manipuleren, bepaalde kleuren of golflengten van licht blokkeren en andere kleuren doorlaten. Hoewel er 3D-fotonische kristallen bestaan ​​die licht op langere golflengten kunnen buigen, zoals infrarood, dit rooster is in staat om zichtbaar licht te manipuleren. Wetenschappers voorzien veel toepassingen voor dergelijke kristallen, zoals optische computers en telecommunicatie, maar fabricage en duurzaamheid blijven serieuze uitdagingen.

Het was drie jaar geleden dat Park, als onderdeel van een groter team van collega's aan de Northwestern University, produceerde eerst een kristalrooster met een vergelijkbare methode, met behulp van DNA om gouden nanosferen te koppelen. Het nieuwe werk is het eerste dat deeltjes combineert met zulke verschillende eigenschappen:harde gouden nanodeeltjes en flexibelere organische deeltjes.

Binnen de nieuwe structuur is er zijn eigenlijk twee verschillende krachten aan het werk, zei Park. De gouddeeltjes en de virale deeltjes stoten elkaar af, maar hun afschrikking wordt tegengegaan door de aantrekkingskracht tussen de strategisch geplaatste complementaire strengen DNA. Beide fenomenen spelen een rol bij het ontstaan ​​van het stijve kristalrooster. Het is een beetje zoals hoe tegenkrachten onze gordijnen omhoog houden:een veer in een gordijnroede duwt de roede om te verlengen, terwijl beugels op het raamkozijn die kracht tegengaan, het creëren van een strakke, stijf apparaat.