Voor de eerste keer, ingenieurs van de Friedrich-Alexander Universität Erlangen Nürnberg (FAU) zijn erin geslaagd complexe kristalroosters te produceren, zogenaamde clathraten, van nanodeeltjes met behulp van DNA-strengen. De geprogrammeerde synthese van clathraten vertegenwoordigt een sjabloon voor de precisiemodellering van nieuwe nanomaterialen. Deze bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het veelgeprezen tijdschrift Wetenschap .

DNA is de blauwdruk van biologisch leven:het bevat alle erfelijke informatie en de rangschikking van de basenparen bepaalt de structuur van aminozuren en uiteindelijk het hele organisme. Sinds enkele jaren, wetenschappers gebruiken het structurerend potentieel van DNA in andere disciplines, zoals informatica of voor het creëren van nieuwe materialen op nanoschaal. In samenwerking met 's werelds toonaangevende nanotechnologie-experts van de University of Michigan en North Western University, FAU-ingenieurs hebben een nieuw tijdperk geopend in de synthese van DNA-geprogrammeerde materialen. Het team is erin geslaagd om piramidevormige goudkristallen opnieuw te ordenen om complexe clathraatverbindingen te vormen.

DNA bepaalt roosterstructuur

Voor het syntheseproces de goudkristallen van 250 nanometer - die in het experiment atomen voorstellen die clathraten kunnen vormen - worden vastgehouden in een suspensie die wordt aangevuld met kunstmatig DNA. 'De DNA-strengen hechten zich vast aan de gouddeeltjes en brengen ze tijdens een zelfassemblageproces in een bepaalde positie, ' legt professor Michael Engel uit, lid van het Instituut voor Multiscale Simulatie. 'Afhankelijk van de lengte van de DNA-sequenties en de rangschikking van de basenparen, verschillende driedimensionale roosterstructuren vormen. Door DNA-programmering kunnen we de structuur van het kristalrooster min of meer heel precies bepalen.'

Clathrates—kernkooien met een breed scala aan toepassingen

Clathraten zijn van bijzonder belang op het gebied van materiaalonderzoek omdat ze zijn samengesteld uit kernkooien waarin andere stoffen, meestal gassen, kan worden ingebed. 'De gecontroleerde productie van colloïdale clathraten opent een breed scala aan mogelijke toepassingen, ', zegt Michaël Engel. 'Materialen zouden kunnen worden gebruikt voor het herkennen van eiwitten of virussen en gerichte manipulatie van bepaalde parameters van het kristalrooster kan leiden tot materiaaleigenschappen die niet haalbaar zijn in eenvoudiger colloïdale kristallen.'