Guld nanopartiklar har ovanliga optiska, elektroniska och kemiska egenskaper, som forskare försöker använda i en rad nya teknologier, från nanoelektronik till cancerbehandlingar.

Några av de mest intressanta egenskaperna hos nanopartiklar framträder när de förs nära varandra - antingen i kluster av bara några få partiklar eller i kristaller som består av miljoner av dem. Ändå är partiklar som bara är miljondelar av en tum stora för små för att kunna manipuleras med konventionella labbverktyg, så en stor utmaning har varit att hitta sätt att sätta ihop dessa guldbitar samtidigt som de kontrollerar den tredimensionella formen på deras arrangemang.

En metod som forskare har utvecklat har varit att använda små strukturer gjorda av syntetiska DNA-strängar för att hjälpa till att organisera nanopartiklar. Eftersom DNA-strängar är programmerade att paras ihop med andra strängar i vissa mönster, forskare har fäst enskilda DNA-strängar på guldpartikelytor för att skapa en mängd olika sammansättningar. Men dessa hybrid guld-DNA nanostrukturer är invecklade och dyra att generera, begränsar deras potential för användning i praktiska material. Processen är liknande, på sätt och vis, att producera böcker för hand.

Ange nanopartikelmotsvarigheten till tryckpressen. Det är effektivt, återanvändbar och innehåller mer information än vad som tidigare varit möjligt. I resultat rapporterade online i Naturkemi , forskare från McGill's Department of Chemistry beskriver en procedur för att göra en DNA-struktur med ett specifikt mönster av strängar som kommer ut ur den; i slutet av varje sträng finns en kemisk "klibbig lapp". När en guldnanopartikel kommer i kontakt med DNA-nanostrukturen, det fastnar på plåstren. Forskarna löser sedan upp enheten i destillerat vatten, separerar DNA-nanostrukturen i dess komponentsträngar och lämnar efter sig DNA-avtrycket på guldnanopartikeln. (Se illustration.)

"Dessa kodade guldnanopartiklar är oöverträffade i sitt informationsinnehåll, " säger seniorförfattaren Hanadi Sleiman, som innehar Canada Research Chair in DNA Nanoscience. "DNA-nanostrukturerna, för deras del, kan återanvändas, ungefär som frimärken i en gammal tryckpress."

Från målat glas till optoelektronik

Några av egenskaperna hos guldnanopartiklar har erkänts i århundraden. Medeltida hantverkare tillsatte guldklorid till smält glas för att skapa den rubinröda färgen i målat glasfönster - resultatet, som kemister kom på långt senare, av de ljusspridande egenskaperna hos små guldpartiklar.

Nu, McGill-forskarna hoppas att deras nya produktionsteknik kommer att bidra till att bana väg för användning av DNA-kodade nanopartiklar i en rad banbrytande teknologier. Första författaren Thomas Edwardson säger att nästa steg för labbet kommer att vara att undersöka egenskaperna hos strukturer gjorda av dessa nya byggstenar. "På ungefär samma sätt som atomer kombineras för att bilda komplexa molekyler, mönstrade DNA-guldpartiklar kan ansluta till närliggande partiklar för att bilda väldefinierade nanopartikelsammansättningar."

Dessa skulle kunna användas inom områden inklusive optoelektroniska nanoenheter och biomedicinska vetenskaper, säger forskarna. DNA-strängarnas mönster kan till exempel, konstrueras för att rikta specifika proteiner på cancerceller, och därmed tjäna till att upptäcka cancer eller att selektivt förstöra cancerceller.