Cientistas do Departamento dos EUA de (DOE) da Energia do Brookhaven National Laboratory relatório da primeira montagem bem sucedida de 3-D multi-componente de estruturas nanométricas com propriedades ópticas sintonizável que incorporam luz de absorção e de emissão de partículas.
Este trabalho, usando DNA sintético como um componente programável para ligar as nanopartículas, demonstra a versatilidade de DNA baseado em nanotecnologia para a fabricação de classes funcionais de materiais, especialmente os ópticos, com possíveis aplicações em dispositivos de conversão de energia solar, sensores e nanoescala circuitos. A pesquisa foi publicada on-line 29 setembro de 2010, no NanoLetters revista.
Cientistas BNL utilizado linkers DNA com três sítios de ligação (preto "strings") para ligar as nanopartículas de ouro (laranja e esferas vermelhas) e moléculas de corante fluorescente (esferas azuis) marcados com seqüências de DNA complementar. Estas unidades são auto-montadas para formar uma rede de centro-corpo cúbico com nanopartículas nos cantos e no centro, e moléculas de corante fluorescente no meio.
"Pela primeira vez nós demonstramos uma estratégia para a montagem de 3-D, bem definida, estruturas oticamente ativas usando componentes de DNA codificado de tipos diferentes", disse o autor Gang Oleg de Brookhaven Centro para Nanomateriais Funcionais (CFN). Como trabalhos anteriores por Gang e os seus colegas, esta técnica faz uso da alta especificidade de ligação entre fitas complementares de DNA para ligar partículas entre si de uma forma precisa.
No estudo atual, as moléculas de DNA linker tinha três sítios de ligação. As duas extremidades dos fios foram projetados para se ligar a vertentes complementares sobre "plasmonic" nanopartículas de ouro - partículas em que um determinado comprimento de onda da luz induz uma oscilação coletiva dos elétrons condutores, levando a forte absorção da luz em comprimento de onda. A parte interna de cada linker DNA foi codificado para reconhecer uma cadeia complementar quimicamente ligado a uma molécula de corante fluorescente. Esta configuração resultou na auto-montagem de 3 D-corpo centrado cúbicos estruturas cristalinas com nanopartículas de ouro localizados em cada canto do cubo e no centro, com moléculas de corante em pontos bem definidos entre os dois.
Os cientistas também demonstraram que as estruturas montadas pode ser sintonizado dinamicamente, alterando a concentração de sal da solução na qual são formados. Alterações na salinidade alterar o comprimento das moléculas de DNA carregados negativamente, levando à contração reversível e expansão da rede inteira por cerca de 30 por cento de comprimento.
"Há muito que se compreendeu que a distância entre as nanopartículas de metal e emparelhado moléculas de corante pode afetar as propriedades ópticas dos últimos", disse Matthew Sfeir, co-autor e cientista óptico no CFN. Neste experimento, a expansão ea contração da rede cristalina desencadeada pelas mudanças na concentração de sal permitido para uma modulação dramática de um resposta óptica: um aumento de três vezes da taxa de emissão de moléculas fluorescentes foi observada.
Estes resultados foram determinados utilizando uma combinação de pequenos ângulo de espalhamento de raios-x no Brookhaven National Fonte de Luz Síncrotron (NSLS) e tempo-resolved métodos fluorescentes na CFN. "Esta combinação de métodos baseados em síncrotron estruturais e resolvida no tempo técnicas de imagem óptico forneceram uma visão direta de valor inestimável sobre a relação entre a estrutura e propriedades fluorescentes dessas matrizes emissores de luz", disse Gang.
"Nosso estudo aborda questões importantes sobre a auto-montagem de sistemas de componentes de vários tipos. Tais sistemas potencialmente permitir a modulação das propriedades dos componentes individuais, e pode levar ao surgimento de um novo comportamento devido aos efeitos coletivos. Esta abordagem de montagem pode ser aplicado para explorar o comportamento coletivo de tais tridimensional nano-óptica matrizes - por exemplo, a influência da Malha plasmonic em pontos quânticos.
"A compreensão dessas interações seriam relevantes para o desenvolvimento de novos materiais ópticos para fotocatálise fotovoltaicos,, computação e light-emitting aplicações. Temos agora uma abordagem para fazer essas estruturas e aprofundar o estudo destes efeitos. "