Полые наночастицы, связанные ДНК, создают необычайно прочные материалы

Материал, состоящий из полых наночастиц и ДНК, исключительно прочен, особенно если учесть, насколько малы его строительные блоки. В конечном итоге его можно будет использовать для создания чрезвычайно надежных медицинских и электронных устройств.

Чтобы сделать этот сверхпрочный материал, Орасио Эспиноза из Северо-Западного университета в Иллинойсе и его коллеги начали с частиц, сделанных из таких металлов, как золото и платина, каждый размером около 100 нанометров. Некоторые имели форму сплошных или полых кубов со сглаженными углами, тогда как другие представляли собой лишь края куба.

Лучший способ гарантировать, что материал обладает нужными вам свойствами, — это собрать его с нуля, по одному строительному блоку за раз. Однако эти наночастицы были настолько крошечными, что собрать их было непросто. Итак, исследователи полагали, что ДНК действует как своего рода клей.

Они прикрепили тщательно синтезированные молекулы ДНК к наночастицам. Затем, когда они их смешали, кусочки ДНК, которые естественным образом притягивались друг к другу, химически связались, заставляя наночастицы слипаться и образовывать материал.

Исследователи варьировали формы наночастиц для создания материалов с разными свойствами, которые они тестировали, подвергая их давлению. Они обнаружили, что использование сетчатых наночастиц позволяет получить вещество с высочайшей прочностью и жесткостью.

Например, оно было сильнее, чем материал, изготовленный традиционным способом, который был изготовлен из никеля с использованием строительных блоков в десять раз большего размера – и он мог выдерживать в десять раз большее давление, чем материал на основе никеля, изготовленный из твердых наночастиц. Из частиц меньшего размера обычно получаются более прочные материалы, такие крошечные компоненты не очень поддаются стандартным производственным практикам.

Сяосин Ся в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии говорят, что использование ДНК обеспечивает «дополнительную ручку для управления взаимодействием между строительными блоками нанокристаллов», что может позволить ученым создавать большие упорядоченные материалы, свойствами которых можно управлять, манипулируя их структурой.

Это может привести к прогрессу в области электроники, медицинского оборудования или даже транспорта, где легкие, но прочные материалы важны для сокращения выбросов и повышения устойчивости, говорит Эспиноза. «В этом исследовании мы сообщили лишь о небольшой части многих материалов, которые могут быть изготовлены с использованием сборки, управляемой ДНК. Исследование многих других комбинаций компонентов и архитектур занимает одно из первых мест в списке наших исследовательских пожеланий», — говорит он.

Темы: