خودآرایی نانوذرات با کمک DNA

دو گروه مستقل از محققان در آمریکا، رشته‌های DNA را برای جهت‌دهی خودآرایی نانوذرات طلا در سه بعد، استفاده کرده‌اند. این روش‌های پایین به بالای ابداعی، که برای دیگر نانوذرات نیز کاربرد دارند، می‌توانند منجر به ساختارهای مفیدی برای محدوده‌ای از کاربردها شامل فوتونیک، الکترونیک و کاتالیست‌ها، شوند.

دو گروه مستقل از محققان در آمریکا، رشته‌های DNA را برای جهت‌دهی
خودآرایی نانوذرات طلا در سه بعد، استفاده کرده‌اند. این روش‌های پایین
به بالای ابداعی، که برای دیگر نانوذرات نیز کاربرد دارند، می‌توانند
منجر به ساختارهای مفیدی برای محدوده‌ای از کاربردها شامل فوتونیک،
الکترونیک و کاتالیست‌ها، شوند.

اگرچه اجزای سازنده نانومقیاس می‌توانند در ساختارهای منظم خودآرا
شوند؛ تعیین دقیق مکان این اجزا در ساختار سه‌بعدی مشکل است. در آینده
چنین کنترلی برای تولید مواد مفید از نظر فناوری، لازم است.

اکنون، چاد میرکین و جرج اسکاتز، در دانشگاه نورث‌وسترن و همکاران‌شان،
از برهم‌کنش بین مولکول‌های DNA مکمل متصل به نانوذرات طلا ، برای
ایجاد آرایش نانوذرات در بلورهایی با شکل و تقارن کاملاً معین، استفاده
کرده‌اند. همچنین اُلگ جانگ از آزمایشگاه ملی بروکهاون و همکارانش برای
ایجاد بلورهایی از نانوذرات ـ که ساختارشان می‌تواند با گرما تنظیم شود
ـ رشته‌های DNA مکمل را با این نانوذرات برهم‌کنش داده‌اند.

هر دو گروه جانگ و میرکین– اسکاتز برای ایجاد دو مجموعه از نانوذرات
طلایی که رشته‌های DNA روی سطحشان باشند، DNA را به نانوذرات طلا(دارای
حدوداً قطر ده نانومتری) متصل کردند. هر ذره چندین ده رشته DNA متصل به
خود داشت که انتهای رشته‌های روی یک مجموعه از ذرات به رشته‌های مجموعه
دیگر، متصل می‌شد. با ترکیب این دو مجموعه با یکدیگر، این دانشمندان
مشاهده کردند هنگامی که این رشته‌ها برای تشکیل یک مارپیچ هیبرید
می‌شوند، این نانوذرات سریعاً داخل آرایه‌های بسیار منظم با یک ساختار
مکعبی مرکزدار(BCC) خودآرا می‌شوند، همچنین مشاهده کردند که رابط‌ها و
فاصله ‌اندازهایی از جنس DNA، نواحی پیوند‌دهنده روی نانوذرات را
ارتباط می‌دهند. میرکین گفت: «اگرچه تعداد زیادی ماده زیست‌عملکردی
وجود دارد که می‌توانند برای ارتباطات داخلی استفاده شوند؛ DNA قابل
اطمینان‌ترین و قابل برنامه‌ریزی‌ترین است. به علاوه، DNA اجازه کنترل
فاصله بین نانوذرات را تا فواصل خیلی بزرگ‌تر از یک مولکول کوچک،
می‌دهد» .

گروه میرکین، اکنون در پی عامل‌دار کردن انتخابی وجوه و کناره‌های یک
نانوذره با رشته‌های متنوع DNA برای ایجاد بلورهای شبه ‌خطی، سه‌ضلعی،
هرمی‌شکل و حتی هشت‌وجهی است. او توضیح داد:” این کار امکان ایجاد
تقریباً هر نوع ساختار بلوری از مواد معدنی و رابطه‌های DNA، را فراهم
خواهد کرد.”

گروه جانگ نیز با استفاده از برهم‌کنش‌های نانوذراتی که به آنها
رشته‌های DNA متصل شده‌است، به دنبال ایجاد دیگر ساختارهای پیچیده و به
دست آوردن خواص مکانیکی و نوری بی‌نظیر از این مواد است. جانگ
گفت:”استفاده از زیست‌مولکول‌ها برای کنترل تشکیل نانوسیستم‌های منظم
به ما اجازه ایجاد اتم‌های مصنوعی از نانوذرات و آرایش آنها داخل
طبقه‌های جدیدی از مواد، را خواهد داد.”

هر دو گروه نتایج کار خود را در مجله Nature منتشر کرده‌اند.