Nanoparticules semi-cristallines à base d’ADN

Les nano-ingénieurs ont créé un cristal – une construction body scientifiquement intéressante et technologiquement prometteuse – à partir de nanoparticules utilisant l’ADN, los angeles molécule qui code los angeles vie.

L’équipe, dirigée par des chercheurs de l’Université Northwestern, de l’Université du Michigan et du Centre de recherche collaborative sur les biomatériaux de San Sebastian, en Espagne, a publié les résultats dans Matériaux naturels.

Contrairement aux cristaux ordinaires, qui sont définis par une construction répétitive, les motifs des quasi-cristaux ne sont pas répétés. Les quasi-cristaux construits à partir d’atomes peuvent avoir des propriétés exceptionnelles, par exemple absorber différemment los angeles chaleur et los angeles lumière, ou présenter des propriétés électroniques inhabituelles telles que conduire l’électricité sans résistance ou avoir des surfaces très dures ou très glissantes.

Les ingénieurs qui étudient le nanoassemblage considèrent souvent les nanoparticules comme une sorte d’« atome concepteur », offrant un nouveau niveau de contrôle sur les matériaux synthétiques. L’un des défis consiste à diriger les molécules pour qu’elles s’assemblent dans les constructions souhaitées dotées de propriétés utiles, et en construisant le premier quasi-cristal assemblé par l’ADN, l’équipe a franchi une nouvelle frontière dans los angeles conception de nanomatériaux.

“L’life de quasi-cristaux est un mystère depuis des décennies et leur découverte a été à juste titre récompensée par un prix Nobel”, a déclaré Chad Mirkin, professeur de chimie George P. Rathman à l’Université Northwestern et co-auteur de l’étude.

“Bien qu’il existe désormais de nombreux exemples connus, découverts dans los angeles nature ou par des méthodes fortuites, nos recherches démystifient leur formation et, plus necessary encore, montrent remark nous pouvons exploiter los angeles nature programmable de l’ADN pour concevoir et assembler délibérément des quasi-cristaux.”

Le groupe de Mirkin est connu pour utiliser l’ADN comme colle de conception pour concevoir los angeles formation de cristaux colloïdaux constitués de nanoparticules, et le groupe de Luis Les Marzan, professeur Ikerbasque au Centre espagnol de recherche collaborative sur les biomatériaux, peut produire des nanoparticules pouvant former des quasi-cristaux. dans les bonnes stipulations.

L’équipe s’est concentrée sur les formes bipyramidales, c’est-à-dire deux pyramides réunies à leur base. Le groupe de Liz Marzan a expérimenté différents nombres de côtés ainsi que des formes écrasées et étirées. Wenjie Zhou et Haixin Lin, doctorants en chimie à l’Université Northwestern au second de cette recherche, ont utilisé des brins d’ADN codés pour se reconnaître afin de programmer les particules pour qu’elles s’assemblent en un quasi-cristal.

Indépendamment, Sharon Glotzer Team, présidente d’Anthony C. Los angeles Lembke Faculty of Chemical Engineering de l’Université du Maryland a simulé deux pyramides avec un nombre de côtés différent. Yin Lim et Sangmin Lee, doctorants en génie chimique à l’UM, ont découvert qu’un icosaèdre – une bipyramide à cinq côtés – peut former un quasi-cristal dans certaines stipulations, avec les bonnes dimensions family members.

En 2009, l’équipe de Glotzer a prédit l’apparition des premières nanoparticules quasicristallines en couches, non pas de bipyramides mais de tétraèdres, des pyramides simples à quatre côtés triangulaires comme le modèle D4. Puisque cinq tétraèdres peuvent grossièrement former un kind d’icosaèdre, elle dit que l’icosaèdre était un choix judicieux pour fabriquer un quasi-cristal.

“Dans notre simulation originale de quasi-cristaux, les tétraèdres étaient disposés en décaèdres avec de très petits espaces entre les tétraèdres”, a déclaré le co-auteur Glotzer. “Ici, ces espaces seraient comblés par l’ADN, il était donc logique que les décaèdres forment des quasi-cristaux. ” ” aussi”. l’étude.

Grâce à une combinaison de théorie et d’expérience, les trois groupes de recherche ont transformé des molécules de dexaèdre en quasi-cristal, ce qui a été confirmé par l’imagerie par microscopie électronique à Northwestern et par diffusion des rayons X réalisée au Laboratoire nationwide d’Argonne.

“En concevant avec succès des quasi-cristaux colloïdaux, nous avons réalisé une avancée importante dans le monde des nanosciences”, a déclaré Lise Marzan, co-auteur de l’étude. « Notre travail met non seulement en lumière los angeles conception et los angeles development de nanostructures complexes, mais ouvre également un monde de possibilités pour les matériaux avancés et les programs innovantes en nanotechnologie. »

Los angeles construction ressemble à un ensemble de rosaces en cercles concentriques, où les formes à 10 côtés créent une symétrie 12 fois dans des couches bidimensionnelles périodiquement empilées. Cette construction empilée, que l’on retrouve également avec les quasi-cristaux constitués de tétraèdres, est appelée quasi-cristal coaxial. Mais contrairement à los angeles plupart des quasi-cristaux axiaux, le motif de carrelage des nouveaux quasi-cristaux ne se répète pas de manière identique d’une couche à l’autre. Au lieu de cela, un grand pourcentage des carrés varie de manière aléatoire, et ce petit chaos ajoute de los angeles stabilité.