p Nanopartículas ligadas por fitas complementares de DNA formam uma superrede bcc quando adicionadas camada por camada a um substrato revestido de DNA. Quando o substrato de DNA é todo um tipo, a superrede se forma em uma orientação diferente (linha superior) do que se o substrato tiver ambos os ligantes de DNA (linha inferior). Os padrões de espalhamento GISAXS (à direita) e as micrografias eletrônicas de varredura (inserção) revelam a estrutura da superrede.
p (Phys.org) - Sonhando com nanoestruturas com ótica desejável, eletrônico, ou propriedades magnéticas é uma coisa. Descobrir como fazê-los é outra. Uma nova estratégia usa as propriedades de ligação de fitas complementares de DNA para anexar nanopartículas umas às outras e construir uma nanoestrutura de película fina em camadas por meio de uma série de etapas controladas. Uma investigação do Departamento de Energia dos EUA da Fonte Avançada de Fótons da Ciência revelou a forma precisa que as estruturas adotaram, e aponta maneiras de exercer um controle ainda maior sobre o arranjo final. p A ideia de usar DNA para conter nanopartículas foi concebida há mais de 15 anos por Chad Mirkin e sua equipe de pesquisa na Northwestern University. Eles anexaram pequenos comprimentos de DNA de fita simples com uma determinada sequência a algumas nanopartículas, e, em seguida, anexou o DNA com a sequência complementar a outras. Quando as partículas puderam se misturar, as "extremidades pegajosas" do DNA ligadas umas às outras, permitindo a agregação e desagregação reversíveis dependendo das propriedades de hibridização dos ligantes de DNA.
p Recentemente, esta "cola inteligente" de DNA foi utilizada para montar nanopartículas em arranjos ordenados que se assemelham a redes de cristal atômico, mas em uma escala maior. A data, superredes de nanopartículas foram sintetizadas em mais de 100 formas de cristal, incluindo alguns que nunca foram observados na natureza.
p Contudo, essas superredes são tipicamente policristalinas, e o tamanho, número, e a orientação dos cristais dentro deles é geralmente imprevisível. Para serem úteis como metamateriais, cristais fotônicos, e similar, são necessárias superredes únicas com tamanho consistente e orientação fixa.
p Pesquisadores da Northwestern e um colega do Laboratório Nacional de Argonne desenvolveram uma variação no procedimento de ligação do DNA que permite um maior grau de controle.
p Os elementos básicos da superrede eram nanopartículas de ouro, cada um com 10 nanômetros de diâmetro. Essas partículas foram feitas em duas variedades distintas, um adornado com aproximadamente 60 fitas de DNA de uma determinada sequência, enquanto o outro carregava a seqüência complementar.
p Os pesquisadores construíram superredes de filme fino em um substrato de silício que também foi revestido com fitas de DNA. Em um conjunto de experimentos, o DNA substrato era todo de uma sequência - chame-a de sequência "B" - e foi primeiro mergulhado em uma suspensão de nanopartículas com a sequência complementar "A".
p Quando o A e B terminam conectados, as nanopartículas formaram uma única camada no substrato. Em seguida, o processo foi repetido com uma suspensão das nanopartículas do tipo B, para formar uma segunda camada. Todo o ciclo foi repetido, até quatro vezes mais, para criar uma superrede de nanopartículas multicamadas na forma de um filme fino.
p Os estudos de espalhamento de raios-x de baixo ângulo de incidência rasante (GISAXS) realizados na linha de luz 12-ID-B da Divisão de Ciência de raios-X na fonte avançada de fótons de Argonne revelaram a simetria e a orientação das superredes à medida que se formavam. Mesmo depois de apenas três meios ciclos, a equipe descobriu que as nanopartículas se organizaram em um estrutura cúbica centrada no corpo (bcc), que foi mantida à medida que mais camadas foram adicionadas.
p Em uma segunda série de experimentos, os pesquisadores semearam o substrato com uma mistura dos tipos A e B de fita de DNA. A exposição sucessiva aos dois tipos de nanopartículas produziu a mesma superrede bcc, mas com uma orientação vertical diferente. Isso é, no primeiro caso, o substrato colocado em um plano através da rede contendo apenas um tipo de nanopartícula, enquanto no segundo caso, o plano continha um padrão alternado de ambos os tipos (veja a figura).
p Para obter um crescimento de superrede ordenado, os pesquisadores tiveram que conduzir o processo na temperatura certa. Muito frio, e as nanopartículas aderem ao substrato de forma irregular, e permanecer preso. Muito quente, e as ligações do DNA não se manteriam unidas.
p Mas em uma faixa de temperatura de alguns graus em cada lado de cerca de 40 ° C (logo abaixo da temperatura em que as extremidades adesivas do DNA se separam), as nanopartículas foram capazes de se conectar e se desvincular continuamente umas das outras. Durante um período de cerca de uma hora por meio ciclo, eles se acomodaram na superrede BCC, o arranjo mais termodinamicamente estável.
p GISAXS também revelou que, embora o substrato forçou superredes em alinhamentos verticais específicos, permitiu que os cristais de nanopartículas se formassem em qualquer orientação horizontal. Os pesquisadores agora estão explorando a possibilidade de que, ao padronizar o substrato de forma adequada, eles podem controlar a orientação dos cristais em ambas as dimensões, aumentando o valor prático da técnica.
