p A natureza constrói diamantes perfeitos, safiras e outras joias. Agora, uma equipe de pesquisa da Northwestern University é a primeira a construir cristais únicos quase perfeitos de nanopartículas e DNA, usando a mesma estrutura favorecida pela natureza. p "Os cristais únicos são a espinha dorsal de muitas coisas nas quais confiamos - diamantes para beleza e também para aplicações industriais, safiras para lasers e silício para eletrônicos, "disse o nanocientista Chad A. Mirkin." O posicionamento preciso dos átomos dentro de uma rede bem definida define esses cristais de alta qualidade.

p "Agora podemos fazer o mesmo com nanomateriais e DNA, o projeto de vida, "Mirkin disse." Nosso método pode levar a novas tecnologias e até mesmo permitir novas indústrias, tanto quanto a capacidade de cultivar silício em arranjos cristalinos perfeitos tornou possível a indústria multibilionária de semicondutores. "

p Seu grupo de pesquisa desenvolveu a "receita" para usar nanomateriais como átomos, DNA como ligações e um pouco de calor para formar cristais minúsculos. Esta receita de cristal único baseia-se em técnicas de superrede que o laboratório de Mirkin vem desenvolvendo há quase duas décadas.

p Neste trabalho recente, Mirkin, um experimentalista, juntou-se a Monica Olvera de la Cruz, um teórico, avaliar a nova técnica e desenvolver uma compreensão dela. Dado um conjunto de nanopartículas e um tipo específico de DNA, Olvera de la Cruz mostrou que pode prever com precisão a estrutura 3-D, ou forma de cristal, no qual os componentes desordenados se auto-montarão.

p Mirkin é o George B. Rathmann Professor de Química no Weinberg College of Arts and Sciences. Olvera de la Cruz é Advogada Taylor, Professora e professora de ciência dos materiais e engenharia na McCormick School of Engineering and Applied Science. Os dois são co-autores seniores do estudo.

p Os resultados serão publicados no dia 27 de novembro na revista Natureza .

p O conjunto geral de instruções dá aos pesquisadores um controle sem precedentes sobre o tipo e a forma dos cristais que podem construir. A equipe da Northwestern trabalhou com nanopartículas de ouro, mas a receita pode ser aplicada a uma variedade de materiais, com aplicações potenciais nos campos da ciência dos materiais, fotônica, eletrônica e catálise.

p Um único cristal tem ordem:sua estrutura cristalina é contínua e ininterrupta. A ausência de defeitos no material pode dar a esses cristais mecânicos únicos, propriedades ópticas e elétricas, tornando-os muito desejáveis.

p No estudo da Northwestern, fitas de DNA complementar agem como ligações entre nanopartículas de ouro desordenadas, transformando-os em um cristal ordenado. Os pesquisadores determinaram que a proporção entre o comprimento do linker de DNA e o tamanho da nanopartícula é crítica.

p "Se você obtiver a proporção certa, o cristal fica perfeito - não é divertido?" disse Olvera de la Cruz, que também é professor de química no Weinberg College of Arts and Sciences. "Essa é a coisa fascinante, que você tem que ter a proporção certa. Estamos aprendendo tantas regras para calcular coisas que outras pessoas não podem calcular em átomos, em cristais atômicos. "

p A proporção afeta a energia das faces dos cristais, que determina a forma final do cristal. Proporções que não seguem a receita levam a grandes flutuações de energia e resultam em uma esfera, não é um cristal facetado, ela explicou. Com a proporção correta, as energias flutuam menos e resultam em um cristal todas as vezes.

p "Imagine ter um milhão de bolas de duas cores, algum vermelho, algum azul, em um recipiente, e você tenta sacudi-los até obter bolas vermelhas e azuis alternadas, "Mirkin explicou." Isso nunca vai acontecer.

p "Mas se você anexar DNA que é complementar às nanopartículas - o vermelho tem um tipo de DNA, dizer, o azul é o complemento - e agora você agita, ou no nosso caso, apenas mexa na água, todas as partículas se encontrarão e se ligarão, "ele disse." Eles se montam lindamente em um cristal tridimensional que previmos computacionalmente e percebemos experimentalmente. "

p Para obter um cristal único de automontagem no laboratório, os relatórios da equipe de pesquisa pegaram dois conjuntos de nanopartículas de ouro equipadas com fitas de ligação de DNA complementares. Trabalhando com aproximadamente 1 milhão de nanopartículas na água, eles aqueceram a solução a uma temperatura logo acima do ponto de fusão dos ligantes de DNA e, em seguida, resfriaram lentamente a solução até a temperatura ambiente, que demorou dois ou três dias.

p O processo de resfriamento muito lento encorajou o DNA de fita simples a encontrar seu complemento, resultando em um único cristal de alta qualidade com aproximadamente três mícrons de largura. "O processo dá ao sistema tempo e energia suficientes para que todas as partículas se organizem e encontrem os locais onde deveriam estar, "Mirkin disse.

p Os pesquisadores determinaram que o comprimento do DNA conectado a cada nanopartícula de ouro não pode ser muito maior do que o tamanho da nanopartícula. No estudo, as nanopartículas de ouro variaram de cinco a 20 nanômetros de diâmetro; para cada, o comprimento do DNA que levou à formação do cristal era de cerca de 18 pares de bases e seis "extremidades adesivas" de base única.

p "Não há razão para que não possamos cultivar cristais únicos extraordinariamente grandes no futuro usando modificações de nossa técnica, "disse Mirkin, que também é professor de medicina, engenharia química e biológica, engenharia biomédica e ciência e engenharia de materiais e diretor do Instituto Internacional de Nanotecnologia da Northwestern.

p O título do artigo é "Cristalização de nanopartículas mediada por DNA em poliedros Wulff."

p Além de Mirkin e Olvera de la Cruz, autores do artigo são Evelyn Auyeung (primeira autora), Ting I. N. G. Li, Andrew J. Senesi, Abrin L. Schmucker e Bridget C. Pals, todos da Northwestern.