ДНК-оригами помогло получить тетраэдры и кубы из оксида кремния

ДНК-оригами помогло получить тетраэдры и кубы из оксида кремния

Химики разработали метод получения наночастиц из оксида кремния размером от 10 до 1000 нанометров в форме треугольников, квадратов, кубов, тетраэдров и других плоских и объемных фигур. В качестве матрицы для этих частиц исследователи предложили использовать структуры из нуклеиновых кислот, полученные с помощью метода ДНК-оригами, которые затем покрываются слоем оксида кремния. В дальнейшем полученные частицы могут использоваться для получения метаматериалов или создания плазмонных наноустройств, пишут ученые в Nature.
 94 •
  0
19.07.2018

За счет наличия в структуре молекул ДНК комплементарных элементов, способных избирательно соединяться между собой, из них можно собирать структуры заданной формы. На такой сборке основан метод ДНК-оригами, который довольно давно и успешно используется для создания довольно сложных двумерных и трехмерных структур массой до гигадальтона. Эти структуры огромных по меркам молекулярного мира размеров можно использовать как сами по себе, так и в качестве матриц для получения других наноматериалов. Например, объединив метод ДНК-оригами с традиционными литографическими методами, химикам удалось получить золотые наночастицы в форме креста и галстука-бабочки, которые потом можно использовать в качестве плазмонных наноантенн.

Группа исследователей из Китая и США под руководством Чуньхая Фаня (Chunhai Fan) из Шанхайского института прикладной физики предложила похожим образом получать наночастицы заданной формы, но уже не из золота, а из основе оксида кремния. Как и при синтезе золотых частиц, форма частиц из оксида кремния повторяла форму ДНК, однако воспроизведение структуры в предложенной технологии происходит не с помощью литографических методов (где ДНК служит маской для травления), а за счет непосредственной замены ДНК на оксид кремния. Чтобы провести синтез частиц из оксида кремния, ученые сначала получили по отработанным процедурам ДНК-оригами нанометровые частицы, полностью состоящие из двойных спиралей ДНК. После этого, к торчащим из цепочки ДНК наружу фосфатным группам присоединялись этоксисилановые молекулы, содержащие в своем составе аммонийные группы. После присоединения к ДНК первого слоя молекул дальнейший рост осуществлялся за счет использования этоксисиланов, не содержащих азот. А дальнейший гидролиз приводил к образованию оксида кремния. Толщину слоя из кремния и кислорода химики меняли, просто увеличивая время роста.

С помощью экспериментов и компьютерного моделирования авторы работы подобрали такие параметры, при которых адсорбция кремний-содержащих молекул на ДНК и их гидролиз происходят с оптимальной скоростью. В результате метод «силицификации» ДНК-оригами удалось адаптировать для самых разных плоских и объемных структур.

Всего были получены частицы гибридного состава с ДНК-ядром девяти различных форм. Это были как плоские частицы: например в виде квадрата, треугольника или креста, — так и объемные: каркасные частицы в форме куба и тетраэдра, и объемные частицы в форме тора или пиалы. Размер каждой из этих частиц составил от 10 до 1000 нанометров. Структуру и состав частиц авторы работы подтвердили с помощью методов электронной и атомно-силовой микроскопии и картирования элементного состава.