(Phys.org) - Nieuw onderzoek stelt wetenschappers in staat polymeren in twee- en driedimensionale vormen te boetseren, vergelijkbaar met hoe polypeptiden vouwen in functionele driedimensionale vormen. Dit vermogen is bijzonder voordelig voor geconjugeerde polymeren, polymeren met een genetwerkt pi-elektronensysteem, omdat ze dirigeren. Het immobiliseren en vormgeven van geleidende polymeren is een belangrijke stap bij het construeren van moleculaire circuits.

Een groep wetenschappers van de Universiteit van Aarhus in Denemarken, het Wyss Instituut in Harvard, en Max Plank Instituut in Duitsland, hebben gesynthetiseerd, gekenmerkt, en geïmmobiliseerd een geconjugeerd polymeer met behulp van DNA-origami. Hun polymeer kon worden gevormd en gegoten in verschillende twee- en driedimensionale vormen met behoud van de fysieke eigenschappen. Hun werk verschijnt in Natuur Nanotechnologie .

Knudsen, et al. synthetiseerde een geconjugeerd borstelpolymeer, (2, 5-dialkoxy) parafenyleenvinyleen (APPV) dat is gefunctionaliseerd met een negen nucleotide lange enkelstrengs DNA-sequentie (ssDNA) om te dienen als een koppeling met de DNA-origami. APPV heeft hydroxylgroepen langs de ruggengraat die zijn bevestigd aan fenyleeneenheden. Deze hydroxylgroepen zijn beschikbaar voor functionalisering met synthetisch ssDNA.

Het ssDNA versmolten met complementaire strengen die zich uitstrekken vanaf een DNA-platform, waardoor het polymeer op zijn plaats wordt gehouden. Deze techniek staat bekend als DNA-origami omdat de complementaire DNA-strengen die zich uitstrekken van de DNA-origami kunnen worden aangepast aan elke vorm of ontwerp en het polymeer met zijn complementaire ssDNA moeten leiden om diezelfde vorm aan te nemen.

In dit experiment, APPV-DNA werd gekarakteriseerd met gelpermeatiechromatografie, UV-Vis-spectroscopie, fluorescentie spectroscopie, XPS, en AFM. Gelpermeatiechromatografie toonde aan dat de polymeergrootte varieerde van 340 kDa tot 3, 300 kDa. Deze en AFM-onderzoeken wezen op de aanwezigheid van kleinere en langere polymeerstukken. XPS toonde aan dat minder dan tweederde van de fenyleeneenheden, met hydroxylgroepen, waar gefunctionaliseerd met ssDNA. Aanvullend, AFM-onderzoeken leverden potentiële informatie op, wat aangeeft dat het APPV-DNA-polymeer een hogere ladingsoverdracht heeft dan het siliciumoxidesubstraat, maar lager dan goud- of koolstofnanobuisjes.

Het polymeer werd vervolgens geïmmobiliseerd op DNA-origami in verschillende twee- en driedimensionale vormen, en ladingsoverdracht evenals polymeerintegriteit werden getest. De eerste test betrof DNA-origami in lineaire, U-vormig, en bij 90 ^O hoeken. Oppervlaktepotentiaalonderzoeken gaven aan dat het geïmmobiliseerde APPV-DNA-polymeer in alle conformaties vergelijkbare capaciteiten voor ladingsoverdracht vertoonde. De flexibiliteit van het polymeer werd geverifieerd door het te onderwerpen aan DNA-origamivormen die de structuur zouden belasten:golf, trappenhuis, en cirkelvormig.

Eindelijk, het APPV-DNA-polymeer werd gevormd tot een driedimensionale cilindrische structuur gemaakt van gestapelde ringen van dubbele helices. De gestapelde ringen worden bij elkaar gehouden met nietjesstrengen. TEM-onderzoeken bevestigden de vorm van de cilinder, maar het polymeer biedt niet voldoende contrast voor volledige karakterisering met behulp van TEM. AFM of andere scanning microscopie technieken zullen ook niet werken voor dit soort structuren. De interactie tussen de punt en het molecuul zou de "zachte" driedimensionale structuur van het polymeer kunnen beschadigen.

Om een ​​driedimensionale weergave van de APPV-DNA-cilinder te verkrijgen, Knudsen, et al. gebruikte DNA-VERF. Met behulp van het overtollige ssDNA van negen nucleotiden dat niet aan de DNA-origamistructuur bond, Knudsen, et al. complementaire strengen gemaakt met een fluorescerend label. Vervolgens gebruikten ze DNA-PAINT om het strengpatroon te visualiseren en een driedimensionaal beeld te maken.

Dit onderzoek toont het vermogen aan om de twee- en driedimensionale conformatie van een geconjugeerd polymeer te controleren, wat veelbelovende implicaties heeft voor het ontwerp van moleculaire circuits.

© 2015 Fys.org