Nanourządzenia DNA o krok bliżej rzeczywistości
Origami DNA jest typem samoskładającej się struktury, którą można zaprogramować tak, aby tworzyła haki w określonym kształcie, do których będą wiązać się wybrane molekuły. Struktura ta jest zwykle płaska, o boku 100 nm i z ponad 200 pozycjami po każdej stronie, przy czym do DNA mogą wiązać się określone nici DNA, białka lub polimery i stabilizować jego strukturę, tworząc określone szlaki i wzory. Nanokropki o średnicy 50 nm lub jeszcze mniejszej pozwalają tworzyć innowacyjne urządzenia w skali nano. Konsorcjum projektu META (Materials enhancement for technological applications) z powodzeniem immobilizowało prostokątne origami DNA, które stanowiło podstawę do składania całości, zawieszoną między nanokropkami ze złota o średnicy 25 nm. Na tym fundamencie budowano skomplikowane nanourządzenia. Złożono również aptamery i inne biomolekuły w wybranych położeniach na podstawie z DNA. Ta hybrydowa technologia chemii organicznej i stanu stałego pozwoli przezwyciężyć liczne trudności w opracowywaniu elektroniki molekularnej. Szczególnie istotne są możliwości precyzyjnego pozycjonowania, orientowania i zapewniania stabilności molekularnych półprzewodników organicznych na przetwornikach z metali lub tlenków. Uczestnicy projektu META zastosowali litografię wiązką elektronów, aby utworzyć nanoelektrody w postaci nanokropek złota i linkery tiolowe do mocowania ich na podstawie z origami DNA. W przyszłości przetestują też bardziej odpowiednie do tworzenia elektrod materiały, takie jak platyna, chrom, nanorurki węglowe i grafen. Przyjmując podejście funkcjonału gęstości i klasycznej dynamiki molekularnej uczestnicy projektu badali też w szczegółach oddziaływania między krótkimi sekwencjami peptydów a określonymi materiałami, takimi jak dwutlenek tytanu i nanowęgiel grafitowy. Badanie swoistości materiałowej sekwencji peptydów może dostarczyć niezwykle użytecznej wiedzy w dziedzinie wiązania materiałów w stanie stałym do określonych wcześniej pozycji i w określonej orientacji. Na koniec zespół oceniał metodę wyliczania transferu ładunku wzdłuż i poprzek podstaw z DNA. Szczególne właściwości na połączeniu między tlenkami ceramicznymi o nanostrukturze przełożyły się na nową linię badań. Ścisłe wyjaśnienie oddziaływań między przewodnością jonów a fizykochemicznymi właściwościami w skali nano przyspieszy opracowywanie mikroskopijnych ogniw paliwowych z tlenków w stanie stałym. W badaniu zastosowano osadzanie laserem pulsacyjnym, aby uzyskać cienkie warstwy tlenku. Korzystając z mikroskopii ESM i spektroskopii neutronowej, zespół mógł sprawdzać miejscową przewodność jonów w skali nano. Udało się zebrać ważne dane o dynamice jonów w szerokim zakresie czasu i długości podczas kluczowych procesów konwersji energii w takich urządzeniach jak ogniwa paliwowe. Prace projektu przełożyły się na całkiem nowe pomysły w dziedzinie tworzenia urządzeń w skali mikro i nano. Projekt META realizowany był przy współpracy UE i USA.
Słowa kluczowe
Nanourządzenia DNA, nanokropki, czujniki molekularne, origami DNA, sekwencje peptydów
