Слоистая наноструктура, собранная с помощью ДНК
Исследователи разработали стратегию сборки упорядоченных наноструктур с использованием ДНК в качестве «умного клея». Метод позволяет создавать тонкопленочные сверхрешетки из наночастиц с контролируемой архитектурой.
Принцип сборки
- В основе лежит метод, предложенный более 15 лет назад Чедом Миркиным.
- Золотые наночастицы диаметром 10 нм покрываются одноцепочечными ДНК с разными последовательностями («A» и «B»), которые являются комплементарными друг другу.
- При смешивании «липкие концы» ДНК соединяются, обратимо связывая частицы.
Контролируемый рост сверхрешетки
Новый подход позволяет растить структуру послойно на кремниевой подложке:
- Подложка покрывается ДНК одного типа (например, «B»).
- Ее погружают в суспензию наночастиц с комплементарной ДНК («A»), формируя первый слой.
- Цикл повторяют с частицами типа «B», добавляя второй слой.
- Процесс можно повторять многократно, создавая многослойную пленку.
Структура и ориентация
- Исследования методом GISAXS на установке Advanced Photon Source показали, что частицы самоорганизуются в четко определенную объемно-центрированную кубическую (bcc) структуру.
- Ориентация решетки зависит от типа ДНК на подложке:
- Однородное покрытие (только «B») задает одну ориентацию.
- Смешанное покрытие («A» и «B») приводит к иной вертикальной ориентации кристаллической плоскости.
Ключевые условия
- Температурный контроль критически важен.
Оптимальный диапазон — около 40°C.
- Слишком низкая температура приводит к необратимому беспорядочному слипанию.
- Слишком высокая — разрушает связи ДНК.
- В оптимальном окне связи ДНК обратимы, что позволяет частицам в течение часа на цикл перестраиваться в наиболее термодинамически стабильную bcc-конфигурацию.
Перспективы
- Текущий метод контролирует только вертикальную ориентацию кристаллов; горизонтальная ориентация остается произвольной.
- Исследователи изучают возможность управления ориентацией и в горизонтальной плоскости путем нанесения на подложку определенного паттерна ДНК, что повысит практическую ценность технологии для создания метаматериалов и фотонных кристаллов.