Кристаллизация мечты ДНК-нанотехнологий: Учёные создали первые крупные ДНК-кристаллы
Исследователи из Института Висса Гарвардского университета выполнили 20-летнюю задачу по созданию крупных ДНК-кристаллов с точно заданной глубиной и сложными трёхмерными (3D) особенностями. Команда построила 32 ДНК-кристалла, что является прорывом, описанным в Nature Chemistry.
Метод «ДНК-кирпичей»
Для создания кристаллов использовался метод «DNA-brick self-assembly», впервые представленный в Science в 2012 году. Новые периодические кристаллические структуры более чем в 1000 раз крупнее тех ранних наноструктур, приближаясь по размеру к пылинке, что очень много для мира ДНК-нанотехнологий.
Как это работает:
- Короткие синтетические нити ДНК работают как взаимосвязанные кубики Lego®.
- Структура сначала проектируется на компьютерной модели молекулярного куба («холст»).
- Каждый «кирпич» добавляется или удаляется независимо для получения нужной формы.
- Соответствующие нити ДНК смешиваются и самосборкой образуют запроектированные кристаллы.
Ключевые достижения и преимущества
- Модульность и прецизионность: Метод позволяет легко добавлять или удалять элементы. Это позволило впервые рационально задать глубину кристалла с нанометровой точностью — до 80 нм (в отличие от однослойных 2D-решеток глубиной ~2 нм).
- Шаблон для наноустройств: Периодические повторяющиеся единицы кристаллов — идеальный шаблон для масштабируемых структур.
- Контроль на квантовом уровне: Учёные продемонстрировали возможность размещения золотых наночастиц в заданных 2D-архитектурах на расстоянии менее двух нанометров друг от друга, что критически важно для будущих квантовых устройств.
Значение работы
«Мои предвзятые представления об ограничениях ДНК последовательно рушатся нашими новыми достижениями», — отметил соавтор Уильям Ши. Теперь ДНК-нанотехнологии позволяют программируемо собирать структуры, соперничающие по сложности с молекулярными машинами природы.
«То, что было лишь видением того, как молекула ДНК может использоваться для прогресса — от полупроводниковой промышленности до биофизики, быстро становится реальностью», — заключил Дон Ингбер, основатель Института Висса.