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L'ADN est Blueprint, de l'entrepreneur et de travailleur de la construction de nouvelles structures

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ADN est le modèle de toute vie, en donnant l'instruction et la fonction d'organismes allant de la simple unicellulaires bactéries à l'être humain complexe. Maintenant, les chercheurs de l'Université Northwestern indiquent qu'ils ont utilisé l'ADN comme le plan, l'entrepreneur et le travailleur de la construction pour construire une structure en trois dimensions de l'or, une vie matérielle.

En utilisant un seul type de nanoparticules (or) les chercheurs ont construit deux communes mais très différentes structures cristallines par simplement changer une chose - les brins d'ADN de synthèse jointe à l'or de minuscules sphères. Une autre séquence d'ADN dans le volet abouti à la formation d'un autre cristal.

La technique, qui sera publiée le 31 Janvier comme la couverture de la revue Nature et reflétant plus d'une décennie de travail, est une étape importante et fondamentale vers la construction fonctionnelle "designer" programmable utilisant des matériaux auto-assemblage. Cette approche "bottom-up" permettra aux scientifiques de prendre des matériaux inorganiques et de construire des structures avec des propriétés spécifiques pour une application donnée, comme la thérapeutique, le biodiagnostic, de l'optique, l'électronique ou la catalyse.

La plupart des pierres précieuses, comme les diamants, rubis et saphirs, sont cristallines matériaux inorganiques. Au sein de chaque structure cristalline, les atomes ont des emplacements précis, qui donnent à chaque matériau ses propriétés uniques. Diamond's renommés dureté et les propriétés de réfraction sont dus à sa structure - l'emplacement précis de ses atomes de carbone.

Dans le Nord-Ouest de l'étude, les nanoparticules d'or prendre la place des atomes. Le roman partie de ces travaux est que les chercheurs ont recours à l'ADN pour conduire l'assemblage du cristal. Changement de la séquence d'ADN du brin d'As, T, G et C modifie le schéma, et donc la forme, de la structure cristalline. Les deux cristaux rapporté dans Nature, les deux en or, ont des propriétés différentes, car les particules sont agencées différemment.

«Nous sommes maintenant plus près du rêve de l'apprentissage, comme nanoscientists, comment diviser le travail en« briques »fondamentales, qui sont pour nous des nanoparticules, et remontage dans quelle que soit la structure que nous voulons nous donne les propriétés nécessaires pour certaines applications», a déclaré Chad A. Mirkin, l'un des auteurs du papier de premier rang et de George B. Rathmann Professeur de chimie dans le Weinberg College of Arts and Sciences, professeur de médecine et professeur de science et génie des matériaux. En plus de Mirkin, George C. Schatz, Morrison, professeur de chimie, les travaux dirigés.

En changeant le type d'ADN sur la surface des particules, le Nord-Ouest de l'équipe peut obtenir des particules d'organiser différemment dans l'espace. Les structures qui forment finalement sont ceux qui maximisent l'hybridation d'ADN. L'ADN est la force de stabilisation, le ciment qui tient ensemble la structure. "Ces structures sont une nouvelle forme de la matière», a déclaré Mirkin, "ce serait difficile, sinon impossible, de faire d'une autre façon."

Il compare le processus à la construction d'une maison. À partir de matières de base comme la brique, le bois, la voie d'évitement, la pierre et les bardeaux, une équipe de construction peut construire beaucoup de différents types de maisons dans le même building blocks. Dans le Nord-Ouest de travail, les contrôles de l'ADN où les éléments constitutifs (les nanoparticules d'or) sont placés dans la dernière structure cristalline, les particules dans l'organisation fonctionnelle. L'ADN fait tout le gros du travail sont les chercheurs n'ont pas à.

Mirkin, Schatz et de leur équipe, tout bâtiment utilisé un bloc, les sphères d'or, mais comme la méthode est développée, une multitude d'éléments de tailles différentes peuvent être utilisées - avec composition différente (d'or, d'argent et de particules fluorescentes, par exemple) Et différentes formes (sphères, des baguettes, des cubes et des triangles). Le contrôle de la distance entre les nanoparticules sont aussi essentielles à la structure de la fonction.

"Une fois que vous aurez bien à ce que vous pouvez construire tout ce que vous voulez», a déclaré Mirkin, directeur du Northwestern's International Institute for Nanotechnology.

«Les règles qui régissent l'auto-assemblage ne sont pas connues, cependant, a déclaré M. Schatz", et de déterminer la manière de combiner les nanoparticules dans des structures intéressantes est l'un des grands défis de ce domaine. "

Les chercheurs ont commencé par le Nord-Ouest de nanoparticules d'or (15 nanomètres de diamètre) et rattaché à ADN double-brin à chaque particule avec l'un des volets nettement plus long que l'autre. La seule partie de ce brin d'ADN sert de "linker ADN», qui vise à un seul brin complémentaire d'ADN rattaché à un autre de nanoparticules d'or. La liaison des deux simples brins de l'ADN linker un à l'autre termine la double hélice, le liant étroitement les particules les unes aux autres.

Chaque nanoparticule or a plusieurs brins de l'ADN, joint à sa surface de sorte que la nanoparticule est obligatoire dans de nombreuses directions, ce qui se traduit dans une structure en trois dimensions - un cristal. Une séquence d'ADN linker, programmées par les chercheurs, les résultats dans un seul type de structure cristalline et une autre séquence d'ADN linker résultats dans une structure différente.

"Nous avons même trouvé un cas où les mêmes linker pourrait donner des structures différentes, en fonction de la température à laquelle les particules ont été mitigés", a déclaré M. Schatz.

Utilisation de la très brillante rayons X produits par l'Advanced Photon Source synchrotron au Laboratoire national d'Argonne en combinaison avec des simulations informatiques, l'équipe de recherche les images des cristaux de déterminer l'emplacement exact des particules dans l'ensemble de la structure. La dernière cristaux ont environ 1 million de nanoparticules.

"Il a fallu des décennies de travaux scientifiques pour savoir comment faire la synthèse de l'ADN», a déclaré Mirkin. "Maintenant, nous avons appris à utiliser le formulaire de synthèse en dehors du corps sans vie d'organiser en question des choses qui sont utiles, ce qui est vraiment très spectaculaires."

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Article adapté par Medical News Today de l'original du communiqué de presse.
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La nature du papier est intitulé «ADN programmables nanoparticule cristallisation". En plus de Mirkin et Schatz, d'autres auteurs sont Yong Sung Park, une ancienne stagiaire postdoctoral dans le laboratoire de Schatz et maintenant à l'Université de Rochester (auteur principal), étudiant diplômé Abigail KR Jean-Lytton, Northwestern University; Byeongdu Lee, Advanced Photon Source , Le Laboratoire national d'Argonne; Weigand et Steven, le Nord-Ouest du MDN-CAT Synchrotron Research Center, à l'Argonne Advanced Photon Source.

Source: Megan Fellman
Northwestern University

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