Производство нанозолота становится серийным

Наночастицы золота уже сегодня широко применяются в самых различных областях — в том числе при исследованиях в области наноэлектроники, биотехнологий и в медицине для доставки лекарств и точечной терапии пораженных участков.

Однако их использованию в микроэлектронике препятствует техническая сложность создания из отдельных атомов упорядоченных структур с заданными свойствами.

Ученым из университета Аризоны, США, удалось добиться существенного прогресса в развитии технологии упорядочивания золотых наночастиц. В этом им помогли свойства молекулы ДНК. Используя решетки, составленные из молекул ДНК, исследователи смогли создать шаблон и расположить в нем наночастицы так, что они составили упорядоченную матрицу, которую уже можно использовать в наноэлектронике.

«Групповые свойства ансамбля наночастиц зависят от морфологии их расположения в составе группы, поэтому для получения матриц с определенными свойствами важно точно соблюдать даже интервалы между ними, что очень трудно, — говорит доктор Хао Ян (Hao Yan). — Однако, с помощью сетки, составленной из молекул ДНК, удается выдерживать точные пространственные интервалы между наночастицами и создавать упорядоченные структуры».

В качестве основного материала Ян и его коллеги взяли наночастицы золота диаметром пять нанометров. Их покрыли короткими цепочками молекул ДНК, так называемыми «последовательностями T15», которые, при прикреплении к наночастице, расходились радиально от ее центра. Наночастицы облепили «ворсом», состоящим из последовательностей Т15.

ДНК-сетку собрали из двух разных сложных цепочек-конгломератов ДНК: А и В, причем последовательность А на регулярных промежутках содержала короткие отрезки цепей А15, комплиментарные прикрепленным на наночастицах золота цепочкам Т15. При добавлении в раствор с ДНК-сеткой наночастиц, обработанных цепями Т15, они расположились через строго определенные промежутки, образуя упорядоченную структуру, связанную с комплиментарными цепями сетки А15.

Подобный механизм производства наносистем ученые называют «самосборкой», так как после определения начальных условий (формы компонентов и порядка протекания процесса) нет необходимости контролировать выполнение каждого этапа эксперимента. Это открывает путь к серийному производству — за один цикл можно изготовить множество ДНК-матриц, содержащих наночастицы золота.

Готовая матрица наночастиц, изготовленная с помощью новой методики, характеризовалась следующими заданными заранее параметрами: дистанция между наночастицами составляла 38 нанометров, размер единичной наночастицы в поперечнике без цепей Т15 — около 5 нанометров. Проверка свойств матрицы осуществлялась с помощью атомного силового микроскопа. Выявились неожиданные особенности новой технологии.

#gallery#

Наночастицы точно располагались в местах привязки, формируя регулярную структуру. Но сам шаблон структуры получился не совсем таким, как планировалось. Предполагалось, что наночастицы должны расположиться в четырех углах ячеек, сформированных сетками ДНК. Все вышло наоборот — они находились в центре ячеек. По мнению ученых, это связано с тем, что наночастицы, покрытые слоем Т15, увеличились в размерах и, более того, приобрели отрицательный электрический заряд. Это и вызвало увеличение дистанции между наночастицами, связанное с действием отталкивающих электростатических сил частиц друг на друга.

На следующих этапах исследований ученые планируют получить различные вариации шаблонов наночастиц, усложнив исходную матрицу ДНК-сетки и используя не только одну лишь последовательность Т15, но и другие связующие покрытия.