Фізики використовували наночастинки золота і «розумний клей» ДНК для створення колоїдного аналога так званого решітчастого клатрату. Отримані кристали цікаві самі по собі своєю вражаючою складністю структури, потенційно їх можна використовувати для захисту навколишнього середовища від забруднень і в медицині для розпізнавання вірусів. Опис роботи опубліковано в журналі.
Клатрат - з'єднання, в якому молекули одного сорту («гості») укладені в порожнини, утворені молекулами іншого сорту («господарями»). Важливий приклад решітчастого клатрату - гідрат метану, в якому молекули метану укладені в порожнечі кристалічної решітки льоду. Це з'єднання широко поширене в природі; запаси метану на дні океанів, ймовірно, значно перевищують запаси газу у вільному стані. Якщо клатратна структура здатна «поглинути» досить великі органічні молекули, її можна застосувати в засобах захисту навколишнього середовища - наприклад, для збору забруднюючих речовин.
Створення клатратів з наночастинок - складне завдання, оскільки отримання правильної кристалічної структури залежить від точного розміру і форми наночастинок, які досить складно контролювати. У новій роботі дослідники створили комп'ютерну модель і продемонстрували в лабораторних умовах процес створення точної клатратної структури безпрецендентної складності на основі наночастинок золота і «клею» з ланцюжків ДНК.
Група вчених Північно-Західного Університету США вже близько десяти років вивчає можливості синтетичних ДНК по зв'язуванню наночастинок в конструкції, що програмуються. Для нового експерименту вони синтезували біфірамідальні наночастинки золота, що складаються з двох тетраедрів, з'єднаних загальною межею; розміри сторін наночастинки - 250 і 177 нанометрів. Після очищення центрифугуванням і промивання буферним соляним розчином отримані частинки поєднали з модифікованими ланцюжками ДНК різної довжини.
Досліди показали, що досить довгі ланцюжки ДНК забезпечують створення кристалічної структури високої якості: так, при використанні ДНК з 4-блочними сегментами спостерігалася чітка клатратна структура, знімки якої можна отримати за допомогою електронної мікроскопії, однак, розміри структури виходили порівняно невеликими. Кристали найвищої якості вийшли при використанні ДНК з 5-блочними сегментами: в цьому випадку отримані кристали клатрату досягали в розмірі десятків мікрометрів.
Комп'ютерна симуляція процесу показала формування кластерних типів утворених кристалічних решіток у вигляді зіркових багатогранників: додекаедра, ікосаедра, ікосодекаедра, які співвідносяться з відомими типами клатратних решіток.
За словами вчених, отримані клатратні структури можуть знайти застосування в системах захисту навколишнього середовища, а також в медицині: наприклад, їх можна використовувати для розпізнавання вірусів і білків. Крім того, оскільки розміри використовуваних у клатратах наночастинок можна порівняти з довжиною хвилі видимого світла, складні клатратні структури можуть виявитися корисними у світло-контрольованих пристроях, таких як лінзи, лазери і маскувальні матеріали.