Исследователи из Нью-Йоркского университета (New York University), США создали метод прецизионного объединения микро- и наночастиц в структуры достаточно больших размеров, обладающих полезными свойствами.

Задачей ученых в перспективе было создание небиологических материалов, способных к самокопированию (self-replication). В процессе самокопирования количество объектов удваивается в каждом цикле. Имеющий место экспоненциальный рост выгодно контрастирует с традиционными методами производства материалов, где для удвоения количества продукта также удваивается и потребное для процесса время. При этом, ученым из Нью Йорка удалось решить проблему самопроизвольного объединения частиц, которое до настоящего времени было серьезным препятствием создания микроскопических структур с заданной сложной архитектурой.

С целью создания процесса контролируемого самокопирования исследователи покрывали микрометровые частицы короткими нитями ДНК – образуя так называемые «клейкие концы» (sticky ends). Результаты исследований опубликованы в журнале Nature Materials (Switchable self-protected attractions in DNA-functionalized colloids)

Каждый из этих «клейких концов» обладает определенной последовательностью нуклеотидов, и комплементарные последовательности позволяют частицам формировать связи. Образование связей происходит при достижении некоторого температурного порога; с повышением температуры они разрушаются. Применяя такую технологию, ученые могут создавать и ликвидировать копии каких-либо структур, выполненные из частиц различных размеров. Такую технологию пробовали и раньше, но к сожалению, этод метод не позволяет контролировать отдельные группы частиц (связанными при понижении температуры оказываются сразу все элементы), что затрудняет формирование сложных структур.

Американские ученые попытались усовершенствовать технологию, воспользовавшись способностью нитей ДНК образовывать защитные «петли» на концах и связываться с соседними «клейкими концами», принадлежащими той же частице. Как выяснилось в ходе экспериментов, эти особенности проявляются при очень быстром понижении температуры: частицы просто «не успевают» связаться друг с другом, поскольку «клейкие концы» сворачиваются и нейтрализуются. Чтобы сформировать устойчивые структуры, необходимо сблизить находящиеся в подобном состоянии элементы на несколько минут. В экспериментах авторы использовали оптический пинцет – прибор, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами с помощью лазерного излучения.

«Мы научились точно контролировать образование связей между частицами, тонко юстировать их и даже отключать, – как говорит ведущий автор исследования Мирьям Луниссен (Mirjam Leunissen). — Они могут становиться инертными, а потом — при сближении — формировать прочное соединение. Получается что-то вроде клея для наноконтактов».

Исследования были поддержаны Национальным Фондом Научных исследований США и рядом других организаций.

Евгений Биргер