Het zilver dat wordt gebruikt door de onderzoeksgroep van Beth Gwinn aan de UC Santa Barbara heeft een waarde die als handelswaar veel te boven gaat. ook al wordt het in zeer kleine hoeveelheden gebruikt.

De groep werkt met het edelmetaal om zilveren clusters op nanoschaal te creëren met unieke fluorescerende eigenschappen. Deze eigenschappen zijn belangrijk voor een verscheidenheid aan detectietoepassingen, waaronder biomedische beeldvorming.

Het laatste onderzoek van het team is gepubliceerd in een uitgelicht artikel in de uitgave van deze maand ACS Nano , een tijdschrift van de American Chemical Society. De wetenschappers plaatsten zilveren clusters op geprogrammeerde locaties op een breadboard op nanoschaal, een constructiebasis voor prototyping van fotonica en elektronica. "Ons 'broodbord' is een DNA-nanobuisje met ruimtes die 7 nanometer uit elkaar zijn geprogrammeerd, " zei hoofdauteur Stacy Copp, een afgestudeerde student in UCSB's Department of Physics.

"Vanwege de sterke interacties tussen DNA en metaalatomen, het is nogal een uitdaging om DNA-broodborden te ontwerpen die hun gewenste structuur behouden wanneer deze nieuwe interacties worden geïntroduceerd, " zei Gwin, een professor in UCSB's Department of Physics. "Stacy's werk heeft aangetoond dat het breadboard niet alleen zijn vorm kan behouden als er zilveren clusters aanwezig zijn, het kan ook arrays van vele honderden clusters positioneren die identieke aantallen zilveratomen bevatten - een opmerkelijke mate van controle die veelbelovend is voor het realiseren van nieuwe soorten fotonica op nanoschaal."

De resultaten van deze nieuwe vorm van DNA-nanotechnologie pakken de moeilijkheid aan om uniforme deeltjesgroottes en -vormen te bereiken. "Om fotonische arrays te maken met behulp van een zelfassemblageproces, je moet de posities kunnen programmeren van de clusters die je op de array plaatst, Copp legde uit. "Dit artikel is de eerste demonstratie hiervan voor zilverclusters."

De kleuren van de clusters worden grotendeels bepaald door de DNA-sequentie die zich eromheen wikkelt en hun grootte bepaalt. Om een ​​positioneerbare zilveren cluster met DNA-geprogrammeerde kleur te creëren, de onderzoekers ontwikkelden een stuk DNA met twee delen:een die zich om het cluster wikkelt en de andere die zich hecht aan de DNA-nanobuis. "Uit de nanobuis steken korte DNA-strengen die fungeren als dockingstations voor de gastheerstrengen van de zilveren clusters, ’ legde Cop uit.

Het team van afgestudeerde en niet-gegradueerde onderzoekers van de onderzoeksgroep is in staat om de zilveren clusters af te stemmen om te fluoresceren in een breed scala aan kleuren, van blauwgroen tot het infrarood - een belangrijke prestatie omdat weefsels vensters hebben met een hoge transparantie in het infrarood. Volgens Cop, biologen zijn altijd op zoek naar betere kleurstofmoleculen of andere infrarood-emitterende objecten om te gebruiken voor beeldvorming door een weefsel.

"Mensen gebruiken al vergelijkbare zilverclustertechnologieën om kwikionen te detecteren, kleine stukjes DNA die belangrijk zijn voor menselijke ziekten, en een aantal andere biochemische moleculen, " zei Copp. "Maar er is veel meer dat je kunt leren door de zilveren clusters op een breadboard te plaatsen in plaats van experimenten in een reageerbuis te doen. Je krijgt meer informatie als je een reeks verschillende moleculen tegelijkertijd kunt zien."

Het modulaire ontwerp dat in dit onderzoek wordt gepresenteerd, betekent dat het stapsgewijze proces gemakkelijk kan worden gegeneraliseerd naar zilveren clusters van verschillende groottes en naar vele soorten DNA-steigers. De paper leidt lezers door het proces van het creëren van het DNA dat zilveren clusters stabiliseert. Dit nieuw geschetste protocol biedt onderzoekers een nieuwe mate van controle en flexibiliteit in het snel groeiende gebied van nanofotonica.

Het overkoepelende thema van Copp's onderzoek is om te begrijpen hoe DNA de grootte en vorm van de zilverclusters zelf regelt en vervolgens uit te zoeken hoe het feit dat deze zilverclusters worden gestabiliseerd door DNA kunnen worden gebruikt om arrays op nanoschaal te bouwen.

"Het is een uitdaging omdat we de interacties tussen zilver en DNA op zichzelf niet echt begrijpen, Copp zei. "Dus een deel van wat ik heb gedaan, is het gebruik van grote datasets om een ​​reeks werksequenties te creëren die we hebben gepubliceerd, zodat andere wetenschappers ze kunnen gebruiken. We willen onderzoekers tools geven om dit soort constructies intelligent te ontwerpen in plaats van alleen maar te hoeven raden."

De dankbetuigingen van de krant omvatten een toewijding aan "de studenten die hun leven hebben verloren in de tragedie van Isla Vista en aan de moed van de eerstehulpverleners, wiens onbaatzuchtige acties vele levens hebben gered."