Zeitgenössisches Origami mit DNA und Diamant
Nanokristalline Diamantdünnfilme werden ausgesät und dann aufgezüchtet, um Material für nanoskalige Vorrichtungen zu erzeugen, die in einer ganzen Reihe von Bereichen eingesetzt werden: von der Medizin bis hin zur Quanteninformationsverarbeitung. Allerdings ist die genaue nanoskalige Strukturierung für diese neuen Technologien ein langwieriger und kostspieliger Prozess. Das Projekt DIAMONDDNA (DNA origami templates for nanocrystalline diamond nanostructures) zielte darauf ab, selbst zusammengesetzte DNA-Muster zu erzeugen, die dann mit Nanodiamanten oder Diamantoidpartikeln besetzt werden können. Die resultierende Merkmalsauflösung übertrifft derzeit verwendete Verfahren wie etwa die Elektronenstrahl-Lithographie (EBL). Für die DNA-Selbstorganisation müssen Nanopartikel klein genug sein und eine negative Ladung haben, so dass sie die Elektrostatik nicht stört. Um diese Kriterien zu erfüllen, entwickelten die Forscher eine robuste Methode zur Funktionalisierung und Dispergierung von Detonation-Nanodiamant (DND)-Strukturen. Die resultierenden Nanopartikel mit negativ geladenen Zetapotentialen sind ausreichend klein, monodispers und besitzen chemisch zugängliche funktionelle Gruppen für die anschließende Biomodifizierung mit DNA oder anderen Sondenmolekülen. DIAMONDDNA konnte erfolgreich DNA-Origami-Strukturen zusammenbauen und sammelte eine beträchtliche Menge an Daten über Oberflächeneigenschaften von DND. Jedoch waren die Forscher nicht in der Lage, DND-DNA-Origami-Strukturen zusammenzubauen, aber zukünftige Modifikationen und gewonnene Erkenntnisse sollten die Strukturmontage ermöglichen. Anwendungen für das chemische Vorbereitungsverfahren umfassen das Biolabeling, bei dem fluoreszierender Nanodiamant an ausgewählte Antikörper konjugiert wird, sowie die Konstruktion von Biogerüsten für synthetische Knochen. Die Forscher produzierten außerdem unberührte Farbzentren in Nanodiamanten aus hochreinen diamontoiden Samen und ließen sich das patentieren. Das Patent für das Diamantoid-Farbzentrum beschreibt einen Weg zur Herstellung von zwei Arten von Nanopartikeln: Nanopartikel mit einer nicht-abschreckenden, hellen Nahinfrarot-Fluoreszenz mit Silizium-Leerstellen aufweisen können für das Bioimaging verwendet werden, während jene mit Stickstoff-Leerstellen und magnetischer/elektrischer Feldempfindlichkeit in der Magnetometrie zum Einsatz kommen können. Das DIAMONDDNA-Projekt hat die Positionierung von Diamantfarbzentren mit nanoskaliger Präzision ermöglicht. Dies ermöglicht technologische Fortschritte in der neuen medizinischen Therapie und Diagnose mithilfe einer schnellen und langfristigen Bildgebung.
Schlüsselbegriffe
DNA, Diamant, Vorlage, DIAMONDDNA, Nanodiamant, DND, Farbzentrum
