Автор AZoNano 9 апреля 2021 г.

Используя структуры ДНК в качестве каркаса, Тим Лидл, ученый из Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) в Мюнхене, показал, что точно расположенные наночастицы золота могут служить эффективными передатчиками энергии.

С момента создания этой области в 2006 году лаборатории по всему миру изучают возможность использования «ДНК-оригами» для сборки сложных наноструктур. Метод основан на цепях ДНК с определенными последовательностями, которые взаимодействуют посредством локализованного спаривания оснований. «С помощью коротких цепей с соответствующими последовательностями мы можем соединить вместе определенные области длинных молекул ДНК, что можно сравнить с формированием трехмерных структур путем складывания плоского листа бумаги определенными способами» как сказал профессор Тим Лидл из Объясняет физический факультет LMU.

Изображение и зеркальное отображение

Лидл теперь использовал ДНК-оригами для создания хиральных объектов, то есть структур, которые нельзя наложить ни одной комбинацией вращения и трансляции. Вместо этого они обладают «ручностью» и являются зеркальным отображением друг друга. Такие пары часто различаются по своим физическим свойствам, например по степени поглощения поляризованного света. Этот эффект можно использовать разными способами. Например, это основа для спектроскопии КД («КД» здесь означает «круговой дихроизм»), метода, который используется для выяснения общей пространственной конфигурации химических соединений и даже целых белков.

С целью сборки хиральных металлических структур Лидл и его группа синтезировали сложные структуры ДНК-оригами, которые обеспечивают точно расположенные участки связывания для прикрепления сферических и стержневидных наночастиц золота. Таким образом, каркас служит шаблоном или формой для размещения наночастиц в заранее определенных положениях и в определенной пространственной ориентации. «Можно собрать хиральный объект, основываясь исключительно на расположении наночастиц золота, », – говорит Лидл

Золото не только химически стойкое, но как благородный металл оно проявляет так называемые поверхностные плазмонные резонансы. Плазмоны – это когерентные электронные колебания, которые генерируются при взаимодействии света с поверхностью металлической конструкции. «Эти колебания можно представить себе как волны, которые возбуждаются, когда бутылку с водой встряхивают параллельно или под прямым углом к ​​ее длинной оси», – говорит Лидл .

Золотые наночастицы как передатчики энергии

Колебания, возбуждаемые в пространственно смежных золотых частицах, могут соединяться друг с другом, и плазмоны в экспериментах Лидла ведут себя как отражение и зеркальное отображение благодаря своему хиральному расположению на каркасе оригами. «Это подтверждается нашими спектроскопическими измерениями КД», – говорит Лидл. В экспериментах хиральные структуры облучаются светом с круговой поляризацией, и уровень поглощения измеряется в процентах от входного. Это позволяет различать правые и левые устройства друг от друга.

В принципе, двух золотых наностержней должно быть достаточно для создания хирального объекта, поскольку они могут быть расположены либо в форме L, либо в форме перевернутой L. Однако стержни, использованные в экспериментах, находились относительно далеко друг от друга (на в наномасштабе), и плазмоны, возбужденные в одном, мало влияли на плазмоны, генерируемые в другом, то есть два практически не взаимодействовали друг с другом. Но у Лидла и его коллег была хитрость. Путем соответствующего изменения структуры оригами они смогли разместить золотую наносферу между парой стержней L-образной формы, что эффективно усилило сцепление. КД-спектроскопия выявила наличие энергетических переходов, тем самым подтвердив гипотезу, которую команда вывела из моделирования.

Лидл рассматривает два возможных варианта, в которых эти наноструктуры могут найти практическое применение. Их можно использовать для обнаружения вирусов, поскольку связывание вирусных нуклеиновых кислот с золотой частицей усилит сигнал CD. Кроме того, хиральные плазмонные передатчики могут служить моделями переключающих устройств в оптических компьютерах, в которых оптические элементы заменяют транзисторы, которые являются рабочими лошадками электронных компьютеров.

Источник: http://www.uni-muenchen.de/