Улучшение кристаллической инженерии с помощью ДНК

Исследователи из Северо-Западного университета показали, что точная настройка силы взаимодействия ДНК может улучшить инженерию коллоидных кристаллов для расширения их использования в создании ряда функциональных наноматериалов. Результаты опубликованы в ACS Nano.

Старшим автором исследования выступил Чад Миркин, профессор медицины, профессор химии и директор Международного института нанотехнологий.

Коллоидная кристаллическая инженерия с ДНК включает модификацию наночастиц в программируемые атомные эквиваленты (ПАЭ), которые используются для формирования коллоидных кристаллов. Эти кристаллы могут применяться для создания программируемых синтетических последовательностей ДНК.

До сих пор процесс был сосредоточен на контроле размера и формы кристаллов. Однако даже существующие методы не всегда позволяют разделить стадии зарождения (нуклеации) и роста кристаллов.

«Новые кристаллы могут зарождаться на протяжении всего процесса, в то время как существующие растут. В результате мы получаем очень неоднородную популяцию по размерам кристаллов. Поэтому разделение этих двух событий — роста и начального образования кристаллов — было проблемой, которую мы хотели решить», — пояснила Кейтлин Лэнди, соавтор исследования.

В работе команда Миркина изучила, как сила взаимодействия ДНК может быть использована для разделения нуклеации и роста при коллоидной кристаллизации.

Для этого учёные создали две группы комплементарных наночастиц:

• «Зародышевые» ПАЭ — содержат комплементарные пары оснований.
• «Ростовые» ПАЭ — содержат несовпадающие пары оснований.

«Сначала в растворе формируются начальные кристаллы из "зародышевых" частиц, а позже более слабые "ростовые" частицы могут достраиваться поверх уже существующей структуры», — объяснил Кайл Гибсон, соавтор исследования.

Используя этот метод, исследователям удалось улучшить однородность кристаллов. Они также получили возможность независимо выбирать наночастицу и последовательность ДНК-оболочки, комбинируя их. Это позволяет включать в кристаллы различные типы материалов.

«Мы считаем, что в перспективе очень мощным подходом будет отслеживание процессов кристаллизации с использованием различных ядер частиц», — добавил Гибсон.

«Этот метод позволяет создавать интересные структуры "ядро-оболочка" в один этап, тогда как раньше для этого требовались многоэтапные процессы с постсинтетической стабилизацией первого кристалла перед вторым этапом роста. Используя две разные силы взаимодействия ДНК, мы можем, по сути, маркировать, куда направляются разные типы частиц в конечной структуре, что полезно для изучения фундаментальных вопросов», — отметила Лэнди.