"Decaëdrische nanodeeltjes bezitten een kenmerkende vijfvoudige symmetrie die de conventionele periodieke tegelnormen uitdaagt", aldus Mirkin. "Door gebruik te maken van de programmeerbare mogelijkheden van DNA, konden we de assemblage van deze nanodeeltjes in een robuuste quasi-kristallijne structuur sturen."

De onderzoekers hebben decaëdrische gouden nanodeeltjes gefunctionaliseerd met kort, dubbelstrengig DNA en een nauwkeurig gecontroleerd koelproces geïmplementeerd om de assemblage te vergemakkelijken. De resulterende quasi-kristallijne superroosters vertoonden quasiperiodieke orde op middellange afstand, met rigoureuze structurele analyses die de aanwezigheid van twaalfvoudige symmetrie en een onderscheidend driehoekig-vierkant tegelpatroon bevestigden, kenmerkende kenmerken van een DDQC.

"Interessant genoeg ontdekten de simulaties dat, in tegenstelling tot de meeste axiale quasikristallen, het tegelpatroon van de lagen in het decaëder-quasikristal zich niet identiek herhaalt van de ene laag naar de volgende. In plaats daarvan is een aanzienlijk percentage van de tegels verschillend, op een willekeurige manier. Deze willekeur veroorzaakt een stoornis die helpt het kristal te stabiliseren', zegt Sharon Glotzer, co-corresponderend auteur van de studie en voorzitter van de afdeling chemische technologie aan de Universiteit van Michigan.

De implicaties van deze doorbraak zijn verreikend en bieden een potentiële blauwdruk voor de gecontroleerde synthese van andere complexe structuren die voorheen als onbereikbaar werden beschouwd. Terwijl de wetenschappelijke gemeenschap zich verdiept in de grenzeloze perspectieven van programmeerbare materie, maakt dit onderzoek de weg vrij voor transformatieve vooruitgang en toepassingen in diverse wetenschappelijke domeinen.

"Door de succesvolle engineering van colloïdale quasi-kristallen hebben we een belangrijke mijlpaal bereikt op het gebied van de nanowetenschappen. Ons werk werpt niet alleen licht op het ontwerp en de creatie van ingewikkelde structuren op nanoschaal, maar opent ook een wereld van mogelijkheden voor geavanceerde materialen en innovatieve nanotechnologietoepassingen ”, zegt Luis Liz-Marzán, senior co-auteur van de studie van CIC biomaGUNE.

Meer informatie: Colloïdale quasikristallen ontworpen met DNA, natuurmaterialen (2023). DOI:10.1038/s41563-023-01706-x

Journaalinformatie: Natuurmaterialen

Aangeboden door Northwestern University