Сборка наночастиц ускоряется с помощью ДНК
Скорость сборки наночастиц можно ускорить с помощью молекулы ДНК, несущей генетические инструкции жизни. К такому выводу пришла группа исследователей из Национальной лаборатории Брукхейвен Министерства энергетики США.
Наночастицы, размеры которых составляют порядка миллиардных долей метра, потенциально могут быть использованы для более эффективного производства энергии и хранения данных, а также для улучшения методов диагностики и лечения заболеваний. Основной проблемой для учёных остаётся изучение того, как контролировать и настраивать сборку этих мельчайших частиц в более крупные функциональные системы. Результаты работы лаборатории Брукхейвен, опубликованные онлайн 11 октября 2006 года в Journal of the American Chemical Society, — шаг в этом направлении.
«Понимание того, как самоорганизуются эти типы наноматериалов, имеет применение во всех областях нанотехнологий — от оптики до электроники и магнитных материалов», — сказал ведущий автор исследования Мэтью Мэй, химик из Брукхейвена.
Исследователи нашли способ контролировать сборку золотых наночастиц с использованием жёсткой двуцепочечной ДНК. Их метод использует естественную склонность этой молекулы к спариванию компонентов, называемых основаниями и известных под кодовыми буквами A, T, G и C.
«В биологии ДНК в основном является информационным материалом, тогда как в нанонауке ДНК — отличный структурный материал благодаря своей естественной способности к самоорганизации по чётко определённым программируемым правилам», — сказал физик Олег Ганг, возглавляющий исследовательскую группу.
Синтетическая ДНК, используемая в лаборатории, присоединяется к отдельным золотым наночастицам и настраивается на распознавание и связывание с комплементарной ДНК, расположенной на других частицах. Этот процесс формирует кластеры или агрегаты золотых частиц.
Одним из ограничений процесса сборки было использование одноцепочечной ДНК, которая может изгибаться назад и прикрепляться к золотой поверхности частицы вместо связывания с окружающими наночастицами. Эта гибкость, наряду с существованием множества форм одноцепочечной ДНК, может значительно замедлять процесс сборки. В исследовании Брукхейвена учёные ввели частично жёсткую двуцепочечную ДНК, которая заставляет взаимодействующие линкерные сегменты ДНК выступать от золотой поверхности, что позволяет осуществлять более эффективную сборку.
«Используя свойства ДНК, мы можем увеличить кинетику, или скорость, сборки относительно простыми средствами без множества синтетических этапов», — сказал Мэй.
Исследовательская группа изучила синтезированные и собранные наносистемы с помощью нескольких методов визуализации, используя пучки света и электронов, а также высокоинтенсивные рентгеновские лучи в Национальном источнике синхротронного излучения Брукхейвена. Учёные намерены и дальше повышать управляемость системы, сосредоточившись в следующий раз на размере кластеров наночастиц.