För första gången, ingenjörer vid Friedrich-Alexander Universität Erlangen Nürnberg (FAU) har lyckats producera komplexa kristallgitter, så kallade klatrater, från nanopartiklar med hjälp av DNA-strängar. Den programmerade syntesen av klatrater representerar en mall för precisionsmodellering av nya nanomaterial. Dessa resultat har nyligen publicerats i den hyllade tidskriften Vetenskap .
DNA är ritningen av biologiskt liv:det innehåller all ärftlig information och arrangemanget av dess baspar bestämmer strukturen av aminosyrorna och i slutändan hela organismen. Sedan några år tillbaka, forskare har använt DNAs strukturerande potential inom andra discipliner som datavetenskap eller för att skapa nya material på nanoskala. I samarbete med världens ledande nanoteknikexperter från University of Michigan och North Western University, FAU-ingenjörer har öppnat en ny era inom DNA-programmerad materialsyntes. Teamet har lyckats ordna om pyramidformade guldkristaller för att bilda komplexa klatratföreningar.
DNA bestämmer gitterstrukturen
För syntesprocessen, de 250 nanometer guldkristallerna – som i experimentet representerar atomer som kan bilda klatrater – hålls i en suspension som kompletteras med artificiellt DNA. "DNA-strängarna fäster vid guldpartiklarna och flyttar dem till en viss position under en självmonteringsprocess, ' förklarar professor Michael Engel, medlem av Institutet för Multiscale Simulation. "Beroende på längden på DNA-sekvenserna och arrangemanget av basparen, olika tredimensionella gitterstrukturer bildas. Genom DNA-programmering kan vi mer eller mindre bestämma strukturen av kristallgittret på ett mycket exakt sätt.'
Clathrates – kärnkraftsburar med ett brett användningsområde
Clatrater är av särskilt intresse inom materialforskningen eftersom de är sammansatta av kärnkraftsburar i vilka andra ämnen, vanligtvis gaser, kan bäddas in. "Den kontrollerade produktionen av kolloidala klatrater öppnar upp för ett brett spektrum av möjliga tillämpningar, säger Michael Engel. "Material skulle kunna användas för att känna igen proteiner eller virus och riktad manipulation av vissa parametrar i kristallgittret kan leda till materialegenskaper som inte kan uppnås i enklare kolloidala kristaller."
