Американские исследователи разработали способ получения композиционных материалов на основе ДНК и нескольких сортов наночастиц. Молекулы биополимера оказались способны сложить разнородные наночастицы в правильную трехмерную наноструктуру, называемую сверхрешеткой. Подробности со ссылкой на статью ученых в журнале Nature Nanotechnology и материалы Брукхевенской национальной лаборатории приводит Phys.org.
Специалисты из Брукхевенской лаборатории и частной исследовательской организации Research Triangle Institute использовали давно известное свойство молекулы ДНК формировать сложные структуры за счет соединения комплементарных отрезков. Они добились того, что молекулы собирались в трехмерную структуру, захватывая попутно наночастицы нескольких разных типов, укладывая их в гетерогенную сверхрешетку.
Термин «сверхрешетка» был впервые предложен специалистами по физике твердого тела и обозначает любое образование, где вдобавок к кристаллической решетке есть еще одна пространственная периодическая структура. Примером сверхрешетки может быть любой многослойный материал при соблюдении двух условий: неоднородности в нем достаточно невелики по ширине, но при этом достаточно регулярны. С практической точки зрения такие материалы интересны в силу сразу нескольких причин.
Авторы новой работы указывают на то, что наночастицы разных типов из соседних слоев сверхрешетки могут усиливать свойства друг друга. Золотые микрошарики, к примеру, увеличивают яркость флуоресценции других частиц, расположенных по соседству, а добавление магнитных наночастиц может привести к тому, что конфигурация сверхрешетки будет меняться в магнитном поле. Это, по заверениям ученых, позволит создать перестраиваемые микросистемы совершенно нового типа: в которых частицы одного типа влияют на частицы другого, причем степень влияния можно задавать внешним магнитным полем.
Ученые провели опыты с частицами палладия, золота, оксида железа и с квантовыми точками, сложными частицами на основе селенида кадмия. Эксперименты показали принципиальную возможность влиять на систему магнитным полем (за счет железа), катализировать химические реакции (в роли катализатора выступил палладий), получать флуоресценцию (светились квантовые точки) и менять ее яркость (за счет золота). Варьируя длину молекул ДНК исследователи научились синтезировать композиционные сверхрешетки с нужным периодом от десятков до сотен нанометров, что тоже способно влиять на оптические, магнитные и химические свойства материала.
Ранее из ДНК научились собирать плоские листы, которые потом сами сворачиваются в объемную фигуру заданной формы. Эта техника получила название ДНК-оригами и ключевую роль в ней играет именно способность молекул слипаться друг с другом в нужных местах.