Нанокристаллы научились получать с помощью ДНК

Как сообщает Lenta.ru, две группы ученых одновременно опубликовали в журнале Nature свои работы, посвященные созданию трехмерных кристаллоподобных структур из наночастиц золота с прикрепленными нитями ДНК. Наночастицы формируют упорядоченную решетку за счет взаимодействия присоединенных фрагментов ДНК. Размер использованных наночастиц варьировал от 10 до 15 нанометров. Исследователи из Национальной лаборатории Брукхевена, Нью-Йорк, присоединяли к наночастицам фрагменты ДНК, оканчивающиеся длинной неспаренной нитью. Неспаренные фрагменты ДНК могут образовывать двухцепочечную спираль с фрагментами определенной последовательности — так называемыми комплементарными фрагментами.

Ученые синтезировали две партии наночастиц так, чтобы в каждой из них были одноцепочечные фрагменты только одного типа, которые не могут соединиться друг с другом. При этом фрагменты ДНК одной партии были комплементарны фрагментам из другой. При смешении двух партий фрагменты соединялись, образуя относительно прочную двойную спираль. В результате наночастицы формировали кристаллоподобную структуру, удерживаясь вместе за счет соединенных нитей ДНК.

Изменяя длину цепей ДНК, ученые получали кристаллы, в которых наночастицы находились на различном расстоянии друг от друга. Однако при чрезмерном укорачивании фрагментов ДНК, прикрепленных к наночастицам, упорядоченная решетка не формировалась. Вместо этого наночастицы слипались, образуя аморфный комок.

Ученые из Северо-западного университета, Иллинойс, также использовали в своей работе золотые наночастицы с прикрепленными нитями ДНК. Схема их эксперимента в общих чертах совпадала с той, которую использовали исследователи из Брукхевена. Однако здесь ученые сосредоточились на вопросе регуляции параметров кристаллической решетки путем изменения последовательности нуклеотидов в цепях ДНК. ДНК с различным нуклеотидным составом формирует пространственные структуры, несколько отличающиеся по конфигурации. Соответственно, и расположение наночастиц в узлах "решетки" будет различным.

Ученые научились получать два типа кристаллических структур: гранецентрированную и объемноцентрированную. Решетки первого типа образованы из кубических ячеек, в которых наночастицы расположены в углах куба и по центру каждой поверхности. Во втором случае одна наночастица располагается в центре каждой кубической ячейки, а остальные — в углах.

До сих пор ученым удавалось создавать только двухмерные структуры на основе наночастиц и ДНК. Руководитель одной из групп Чэд Миркин считает, что получение трехмерных структур — принципиально новый шаг. Перспективы использования трехмерных наноконструкций заданной структуры огромны. Сейчас обе группы ученых работают над созданием "кристаллов" с более сложным типом решетки.

Одним из возможных применений полученных кристаллов может быть следующее: подобные структуры можно "строить" не только из золота. С помощью конструкции из каталитических частиц, образующих упорядоченную кристаллическую структуру, можно контролировать протекание химических реакций в потоке жидкости.