Ученые обнаружили новые функции ДНК. Согласно результатам исследования Аргоннской национальной лаборатории Министерства Энергетики США, ДНК может управлять структурой самых разных материалов.

Исследователь из Аргоннской лаборатории Баенгду Ли (Byeongdu Lee) и его коллеги из Северо-западного Университета выяснили, что нити ДНК могут действовать как наноскопическая липучка, связывающая вместе различные наночастицы.

Вообще, контролировать сборку этих типов наноструктур очень сложно, – сказал Ли. – Используя ДНК, мы пользуемся силами природы».

Эффект липучки у ДНК объясняется «липкими концами» молекул, областями непарных нуклеотидов – структурных элементов ДНК, склонных образовывать химические связи с их комплементарной парой, так же, как это происходит в наших генах. Когда довольно похожие области контактируют друг с другом, химические связи формируют жесткую решетку. Ученые полагают, что эти сложные наноструктуры могут стать основой новых пластиков, электроники и топлива.

В 2008 году Ли и его коллеги присоединили ДНК к сферической наночастице золота, намереваясь управлять выстраиванием наночастиц в компактные упорядоченные кристаллы. Этот процесс называют «упаковкой наночастиц». Ли считал, что, прикрепляя ДНК к наночастицам, он сможет управлять их совместной упаковкой. «Материалы, которые упаковываются по-разному, даже если они сделаны из одного вещества, проявляют совершенно разные физические и химические свойства», -поясняет Ли.

Хотя эксперимент 2008 года показал, что ДНК управляет процессом упаковки наносфер, оставалось неизвестным, повторится ли этот эффект с наночастицами другой геометрической формы. В следующем эксперименте ученые изучали различные формы наночастиц, пытаясь определить, влияет ли их форма на способ упаковки.

По словам Ли, сферические наночастицы были склонны самоорганизовываться в один из двух типов кубических кристаллов: гранецентрированный куб (простой куб с наносферами в каждой вершине и дополнительной наносферой в центре каждой стороны) или объёмноцентрированный куб (простой куб с дополнительной наносферой в самом центре куба). Тип решетки, которую формировали наночастицы, был определен как «липкие концы», прикрепленные к парным наночастицам.

Рис. 1. Элементарный кубический кристалл: а – объемно-центрированный; б – гранецентрированный.

В новом эксперименте форма частиц действительно меняла конечную структуру материала, но только потому, что менялось соединение «липких концов» ДНК друг к другу. Фактически, исследование показало, что додекаэдрические (12-сторонние) наночастицы выстраиваются в гранецентрированную кубическую конфигурацию, тогда как октаэдрические (8-сторонние) наночастицы формируют объёмноцентрированные кубы, даже когда наночастицы прикрепляются к одинаковым нитям ДНК.

Мы можем сделать множество различных типов упаковочных структур с наночастицами, но структура, которая будет получаться в результате, всегда будет максимизировать количество связей, – сказал Ли. – Гранецентрированная кубическая структура представляет собой наиболее компактный способ самовыстраивания наночастиц, по сравнению с объёмноцентрированным кубом. Истинной же силой, управляющей строительством решетки, является связывание ДНК».

Рис. 2. Золотые наночастицы разной формы, прикрепляемые к одиночным нитям ДНК, самостоятельно формируют различные конфигурации.

По материалам: