DNA är verkligen livets grund. Snart kan det också vara grunden för dina elektroniska enheter.

Ett team från Northwestern University har utvecklat en ny uppsättning designprinciper för att göra fotoniska kristaller som liknar de som vanligtvis används i dator, TV och smarttelefonskärmar. Genom att använda syntetiskt DNA för att montera partiklar till kristallina gitter, forskarna har öppnat dörren för mycket lättare och tunnare skärmar jämfört med vad som för närvarande är tillgängligt.

"De flesta tittar på en bärbar datorskärm varje dag, men få människor förstår vad de är gjorda av och varför, "sa George Schatz, Charles E. och Emma H. ​​Morrison professor i kemi vid Northwestern Weinberg College of Arts and Sciences. "En del av displayen är backreflektorn, en spegelliknande enhet som riktar ljuset från LCD-skärmen till betraktaren. Dessa reflektorer är tillverkade med hjälp av skiktade polymerer som är mycket tjockare och tyngre än våra kristaller. "

Northwesters tillvägagångssätt ersätter inte bara dessa polymerer med guld -nanokristaller utan också mellanrum för att lämna luft bland dem. Resultatet är en lättare, mer kompakt, exakt utformad och omkonfigurerbar struktur som fortfarande är mycket reflekterande.

Forskningen publicerades online i går i Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ). Schatz och Chad Mirkin, direktören för Northwestern International Institute for Nanotechnology och George B. Rathmann professor i kemi, fungerade som tidningens motsvarande författare.

Även om DNA nästan alltid är associerat med levande organismer - från enkla bakterier till komplexa människor - syntetiseras och manipuleras DNA som används i studien snarare än härrör från levande celler. 1996, Mirkin uppfann sätt att länka syntetiskt DNA till guldnanopartiklar för att producera nya material som inte finns i naturen - för att i huvudsak använda "livets plan" för att programmera deras bildning. Dessa strukturer har blivit grunden för mer än 1, 800 globalt använda produkter, främst inom biovetenskap.

Sedan, 2008, Mirkin och Schatz samarbetade för att göra kristaller av partiklar som är länkade med DNA. Genom att fästa delar av syntetiskt DNA till små guldkulor, duon fann att de kunde bygga tredimensionella kristallina strukturer. Ändra DNA -strängens sekvens av Gs, Som, Ts och Cs ändrar formen på den kristallina strukturen, låta forskarna ordna partiklarna annorlunda i rymden. Mer än 500 kristalltyper, som spänner över mer än 30 olika kristalsymmetrier har gjorts med denna metod, vilket gör det till ett kraftfullt och i grunden nytt sätt att programmera bildandet av kristallint material.

Trots att sofistikerade framsteg har gjorts med detta arbete sedan 2008, Mirkin och Schatz insåg inte inledningsvis att kristallgitterna som de tillverkade i laboratoriet hade optiska egenskaper som liknade polymerlagren som finns i enhetsdisplayer.

"Genom datormodellering, vi insåg av misstag att de kristallina materialen med guldnanopartiklar hade egenskaper som vi missade tidigare i arbetet, "Sa Schatz." Vi optimerade sedan de optiska egenskaperna med hjälp av beräkningar, och dessa visade att de icke-vidrörande metallkulorna kunde, i vissa fall, vara bättre än de vidrörande polymersfärerna. "

Efter att ha gjort kristallerna i laboratoriet, Mirkins och Schatz -team mätte kristallernas optiska egenskaper för att finna att deras beräkningsmodellering verkligen var korrekt. Även om de bara testade det kristallina gitterets reflekterande natur i det nuvarande PNAS -papperet, metoden kan leda till många typer av funktionella "designer" -material som använder DNA-driven självmontering.

"Allmänheten i tillvägagångssättet och designreglerna är ganska extraordinära och oberoende av partikelsammansättning, "Mirkin sa." Detta tar det vi först tänkt på 1990 -talet till helt nya höjder. "