Gouden nanodeeltjes hebben ongewone optische, elektronische en chemische eigenschappen, die wetenschappers willen gebruiken in een reeks nieuwe technologieën, van nano-elektronica tot kankerbehandelingen.

Enkele van de meest interessante eigenschappen van nanodeeltjes komen naar voren wanneer ze dicht bij elkaar worden gebracht - hetzij in clusters van slechts een paar deeltjes of in kristallen die uit miljoenen daarvan bestaan. Maar deeltjes die slechts een miljoenste van een inch groot zijn, zijn te klein om te worden gemanipuleerd door conventionele laboratoriuminstrumenten. dus een grote uitdaging was het vinden van manieren om deze stukjes goud te assembleren en tegelijkertijd de driedimensionale vorm van hun opstelling te beheersen.

Een benadering die onderzoekers hebben ontwikkeld, is het gebruik van kleine structuren gemaakt van synthetische DNA-strengen om nanodeeltjes te helpen organiseren. Omdat DNA-strengen zijn geprogrammeerd om te paren met andere strengen in bepaalde patronen, wetenschappers hebben individuele strengen DNA aan gouden deeltjesoppervlakken bevestigd om een ​​verscheidenheid aan assemblages te creëren. Maar deze hybride goud-DNA-nanostructuren zijn ingewikkeld en duur om te genereren, het beperken van hun potentieel voor gebruik in praktische materialen. Het proces is vergelijkbaar, in zekere zin, om boeken met de hand te produceren.

Voer het nanodeeltjes-equivalent van de drukpers in. Het is efficiënt, herbruikbaar en bevat meer informatie dan voorheen mogelijk was. In resultaten gerapporteerd online in Natuurchemie , onderzoekers van McGill's Department of Chemistry schetsen een procedure voor het maken van een DNA-structuur met een specifiek patroon van strengen die eruit komen; aan het einde van elke streng is een chemische "plakkerige pleister". Wanneer een gouden nanodeeltje in contact wordt gebracht met de DNA-nanostructuur, het plakt aan de pleisters. De wetenschappers lossen het geheel vervolgens op in gedestilleerd water, het scheiden van de DNA-nanostructuur in zijn samenstellende strengen en het achterlaten van de DNA-afdruk op het gouden nanodeeltje. (Zie afbeelding.)

"Deze gecodeerde gouden nanodeeltjes zijn ongekend in hun informatie-inhoud, " zegt senior auteur Hanadi Sleiman, die de Canada Research Chair in DNA Nanoscience bekleedt. "De DNA-nanostructuren, voor hun deel, kan worden hergebruikt, net als postzegels in een oude drukpers."

Van glas in lood tot opto-elektronica

Sommige eigenschappen van gouden nanodeeltjes worden al eeuwenlang erkend. Middeleeuwse ambachtslieden voegden goudchloride toe aan gesmolten glas om de robijnrode kleur in glas-in-loodramen te creëren - het resultaat, zoals chemici veel later ontdekten, van de lichtverstrooiende eigenschappen van kleine gouddeeltjes.

Nutsvoorzieningen, de McGill-onderzoekers hopen dat hun nieuwe productietechniek de weg zal vrijmaken voor het gebruik van DNA-gecodeerde nanodeeltjes in een reeks geavanceerde technologieën. Eerste auteur Thomas Edwardson zegt dat de volgende stap voor het lab zal zijn om de eigenschappen te onderzoeken van structuren gemaakt van deze nieuwe bouwstenen. "Op ongeveer dezelfde manier waarop atomen zich combineren om complexe moleculen te vormen, DNA-gouddeeltjes met patronen kunnen verbinding maken met naburige deeltjes om goed gedefinieerde nanodeeltjesassemblages te vormen."

Deze kunnen worden gebruikt op gebieden als opto-elektronische nanoapparaten en biomedische wetenschappen, zeggen de onderzoekers. De patronen van DNA-strengen kunnen, bijvoorbeeld, worden gemanipuleerd om specifieke eiwitten op kankercellen te richten, en dus dienen om kanker op te sporen of om kankercellen selectief te vernietigen.