Forskare har skapat ett diamantliknande galler som består av guldnanopartiklar och viruspartiklar, vävda samman och hålls på plats av DNA-strängar. Strukturen – en distinkt blandning av hårda, metalliska nanopartiklar och organiska virala delar som kallas kapsider, sammanlänkad av livets grejer, DNA – markerar ett anmärkningsvärt steg i forskarnas förmåga att kombinera ett sortiment av material för att skapa oändligt små enheter.

Forskningen, gjort av forskare vid University of Rochester Medical Center, Scripps forskningsinstitut, och Massachusetts Institute of Technology, publicerades nyligen i Naturmaterial .

Medan människor vanligtvis tänker på DNA som en plan för livet, teamet använde DNA istället som ett verktyg för att styra den exakta positioneringen av små partiklar bara en miljondels centimeter tvärs över, använda DNA för att chaperonera partiklarna.

Centralt i arbetet är den unika attraktionen av var och en av DNA:s fyra kemiska baser till bara en annan bas. Forskarna skapade specifika bitar av DNA och fäste dem sedan till guld-nanopartiklar och viruspartiklar, att välja sekvenserna och placera dem exakt för att tvinga partiklarna att ordna sig i ett kristallgitter.

När forskare blandade partiklarna, ur bryggningen framträdde ett natriumtalliumkristallgitter. Enheten "självmonterad" eller bokstavligen byggd sig själv.

Forskningen ger en välkommen flexibilitet till den verktygslåda som forskarna har tillgänglig för att skapa enheter i nanostorlek.

"Ekologiska material interagerar på ett sätt som skiljer sig mycket från metallnanopartiklar. Det faktum att vi kunde få så olika material att fungera tillsammans och vara kompatibla i en enda struktur visar några nya möjligheter för att bygga enheter i nanostorlek, sa Sung Yong Park, Ph.D., en forskningsassistent professor i biostatistik och beräkningsbiologi vid Rochester.

Park och M.G Finn, Ph.D., från Scripps Research Institute är motsvarande författare till uppsatsen.

Ett sådant kristallgitter är potentiellt en central ingrediens i en anordning känd som en fotonisk kristall, som kan manipulera ljus mycket exakt, blockerar vissa färger eller våglängder av ljus samtidigt som andra färger släpps igenom. Medan det finns 3D fotoniska kristaller som kan böja ljus vid längre våglängder, som infraröd, detta galler kan manipulera synligt ljus. Forskare förutser många tillämpningar för sådana kristaller, såsom optisk datoranvändning och telekommunikation, men tillverkning och hållbarhet är fortfarande allvarliga utmaningar.

Det var tre år sedan som Park, som en del av ett större team av kollegor vid Northwestern University, producerade först ett kristallgitter med en liknande metod, använder DNA för att länka guld nanosfärer. Det nya verket är det första som kombinerar partiklar med så olika egenskaper – nanopartiklar av hårda guld och mer flexibla organiska partiklar.

Inom den nya strukturen, det finns faktiskt två distinkta krafter som verkar, sa Park. Guldpartiklarna och viruspartiklarna stöter bort varandra, men deras avskräckning motverkas av attraktionen mellan de strategiskt placerade komplementära DNA-strängarna. Båda fenomenen spelar en roll för att skapa det stela kristallgittret. Det är lite som hur motkrafter håller våra gardiner uppe:En fjäder i en gardinstång pressar stången för att förlängas, medan konsoler på fönsterkarmen motverkar den kraften, skapa en spänd, stel anordning.