연구원들은 단순히 주변의 용액에 약간의 DNA를 추가하여 다양한 결정질 구조로 조립할 수있는 작은 금 입자를 설계했습니다. 도로 아래로, 그러한 재 프로그래밍 가능한 입자는 빛에 반응하여 스스로를 재구성하는 재료를 만들거나 반응이 진행됨에 따라 스스로를 재구성하는 새로운 촉매를 만드는 데 사용될 수 있습니다.
앤아버 미시간 대학교 (University of Michigan)의 화학 엔지니어 인 샤론 글로 저 (Sharon Glotzer)는“이 논문은 매우 흥미 롭다”고 말했다. 시애틀 워싱턴 대학의 화학자 인 데이비드 진저 (David Ginger)는 "이것은 나노 입자 꿈이었던 무언가의 개념 증명이다"고 동의한다. Glotzer 나 Ginger는 현재 연구와 관련이 없습니다.
화학자들이 나노 입자를 합성하는 방법, 크기가 100 나노 미터 미만의 원자 덩어리를 처음 발견했을 때 꿈은 수십 년 전에 시작되었습니다. 연구원들은 신속하게 새로운 재료를 구축하기 위해 이러한 입자가 어떻게 조립되는지 제어 할 수있는 방법을 찾기 시작했습니다.
오늘날, 처음부터 제작 된 자료는 거의 없습니다. 한 가지 예외는 레이저 재료로, 통신 기어에서 바코드 스캐너에 이르기까지 모든 것에 사용됩니다. 그러나 층에 의해 표면 층에 원자를 첨가하여 형성된 재료는 만들기가 매우 비싸고 크기가 크게 제한됩니다. 나노 입자를 조립하면 더 크게 성장하고 더 다양 해지는 새로운 방법을 제공 할 수 있습니다. 그러나 대부분의 경우,이를 수행하는 데 필요한 통제 수준을 마스터하는 것은 애매한 것으로 판명되었습니다.
잘 작동 한 한 가지 접근법은 화학자 Chad Mirkin과 일리노이 주 Evanston의 Northwestern University의 동료들에 의해 개척되었습니다. Mirkin의 팀은 단일 가닥 DNA 스 니펫으로 금 나노 입자의 외부 표면을 장식 한 다음 벨크로와 같은 가닥을 사용하여 인근 입자를 연결했습니다. 별도의 입자가 서로 접근함에 따라, 가닥은 입자를 함께 유지하면서 더 일반적인 형태의 이중 가닥 DNA로 짜여졌다. 수년에 걸쳐 Mirkin의 팀은이 설정을 다른 유형의 결정으로 조립하기 위해 다른 서열로 코팅 된 입자를 동축하는 수단 으로이 설정을 사용할 수 있음을 보여 주어 과정에서 특정 DNA 가닥 및 단백질을 감지하기위한 강력한 센서를 생성했습니다. 그러나이 접근법의 성공에도 불구하고 팀이 새로운 결정 방향을 가진 재료를 구축하기를 원할 때마다 DNA 링커를 다시 엔지니어링해야했습니다.
더 이상. 현재의 작업을 위해 Mirkin과 그의 동료들은 일단 형성되면 결정 성 물질을 형성 할 수있는 다양한 빌딩 블록 중 하나에 조립할 수있는 변형 가능한 나노 입자를 만들기 시작했습니다. 그렇게하기 위해, 그들은 여전히 금 나노 입자를 DNA로 코팅하는 데 의존했습니다. 그러나 단일 가닥 DNA를 입자에 부착하는 대신, 나노 입자에서 끝나는 단일 가닥의 DNA가있는 "헤어핀"을 연결하고 입자에 더 가깝게 DNA의 일부에 결합합니다.
.이 "닫힌"상태에서, 헤어핀 DNA는 다른 나노 입자의 DNA에 결합 할 수 없다. 그러나 연구자들은 다른 짧은 DNA 가닥 세트를 그들의 용액에 추가하여 나노 입자에 고착 된 헤어 핀의 일부에 결합하도록 프로그램 된 용액에 추가했다. 이것은 헤어핀의 끝을 방출하여 다른 나노 입자의 상보 적 가닥에 자유롭게 결합 할 수있는 "끈적 끈적한 끝"을 만듭니다. 이 끈적 끈적한 끝의 순서는 비슷한 크기의 입자 또는 더 큰 입자에 결합하도록 프로그램 될 수 있습니다.
팀은 또한 여러 유형의 DNA 헤어핀을 결합 할 수 있음을 보여주었습니다. 이들은 개별 나노 입자에서 개별적으로 방출 될 수 있으므로 연구원들은 결정이 자라면서 나노 입자가 조립 될 파트너를 정확하게 선택할 수 있습니다.
.연구원들은 또한 DNA 헤어핀의 길이, 입자 주위에 조립 된 농도 및 다른 유형의 입자의 농도를 변화시켜 형성 된 결정에 대한 더 많은 제어를 추가했습니다. 그들은 오늘날의 과학 의 문제에서보고합니다 그들은이 서로 다른 손잡이를 사용하여 10 개의 다른 결정을 만듭니다. 그러나 Mirkin에 따르면, 그의 팀은 이미 입자가 500 개 이상의 다른 결정 형태로 조립 될 수있는 능력을 가지고 있습니다. "이것은 우리에게 디자인으로 재료를 만들 수있는 능력을 제공합니다."
이 능력은 결정에서 나노 입자의 간격에 대한 엄격한 제어에 따라 새로운 광학 물질을 설계하는 데 특히 유용한 것으로 판명되어야합니다. 새로운 프로세스는 이러한 제어를 허용한다고 Mirkin은 말합니다. 그리고 살아있는 유기체에서와 마찬가지로 약간의 DNA가 큰 차이를 만들 수 있음을 보여줍니다.
