Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Из золота и ДНК собрали фотопереключаемые нано-ножницы

Химики из Института интеллектуальных систем общества Макса Планка, университетов Киото и Огайо создали наноразмерные «ножницы», способные обратимо открываться и закрываться под действием света.

Из золота и ДНК собрали фотопереключаемые нано-ножницы

Сама форма частиц была задана методами ДНК-оригами, а возможность переключения под действием света стала последствием встраивания в структуру ДНК молекул азобензола. Авторы отмечают, что созданные наноустройства — первый пример наноплазмонных систем, полностью управляемых светом. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications, коротко о нем сообщает пресс-релиз общества Макса Планка.



Из золота и ДНК собрали фотопереключаемые нано-ножницы
Частицы после облучения ультрафиолетом (слева), и, затем, видимым светом (в центре и справа)

Частицы состоят из двух частей — 80-нанометровых связок по 14 спиралей ДНК в каждой, связанных между собой. На лезвиях «ножниц» располагаются специальные одноцепочечные фрагменты ДНК, содержащие встроенные в цепь молекулы азобензола. Последний представляет собой фотохром, молекулу, способную изменять структуру под действием излучения. Если бы не он, то описанные фрагменты-«замки» жестко сцепили бы «лезвия» между собой благодаря комплементарности — «ножницы» оставались бы всегда закрытыми.



Из золота и ДНК собрали фотопереключаемые нано-ножницы
Механизм смыкания и размыкания замка на лезвиях «ножниц»

В исходном состоянии молекулу азобензола можно рассматривать как отрезок, вытянутый в пространстве: два бензольных фрагмента находятся по разные стороны от центральной связи азот-азот, формируя зигзагообразную структуру — транс-форму. Она легко умещается внутри двойной спирали ДНК — между плоскостями оснований противоположной цепи — и облегчают связывание двух фрагментов. Под действием ультрафиолетового излучения молекула меняет форму и оба бензольных кольца оказываются ориентированными в одну полуплоскость относительно связи азот-азот. Образуется С-образная цис-форма. Она занимает в пространстве больший объем и уже не может уместиться внутри спирали — это приводит к размыканию цепей.

В результате, изначально «ножницы» сомкнуты — закрыты. Как только ученые облучали их ультрафиолетом, «замки» раскрывались и «лезвия», благодаря броуновскому движению, оказывались ориентированы перпендикулярно друг другу. Затем ультрафиолет сменяли видимым светом, что приводило к обратной изомеризации и смыканию «замков». В среднем на переключение из одного состояния в другое уходило несколько минут.

За движением частиц химики наблюдали двумя способами: с помощью просвечивающей электронной микроскопии, позволяющей зафиксировать форму «наноножниц» напрямую, и с помощью спектральных исследований. Для последних на поверхности обеих связок поместили по золотой наночастице — наностержню. В каждом из них наблюдается поверхностный плазмонный резонанс — частицы поглощают излучение определенной длины волны, превращая его в коллективные колебания электронов у поверхности, так называемый плазмон-поляритон. На спектр поглощения влияет масса факторов, в том числе и ближайшее окружение частицы. Благодаря этому авторам удалось определять состояние «ножниц» с точностью до угла раствора «лезвий».



Из золота и ДНК собрали фотопереключаемые нано-ножницы
Принцип работы полностью ячейки памяти на основе частиц-«ножниц» с золотыми наостержнями

«Наноножницы» могут найти свое применение как в составе различных микромеханических машин, так и, согласно экспериментам авторов, в роли элементов памяти. Ученые полностью проработали циклы чтения (получения спектра), записи (облучения видимым светом) и стирания (облучения ультрафиолетом) информации на основе единичных частиц.

Автор: Владимир Королёв

Ссылка на источник

Tags: ДНК, биотехнология, генная инженерия, изобретения, инструменты и методы
Subscribe

Posts from This Journal “биотехнология” Tag

Buy for 30 tokens
Да, я вляпался в новую стройку, но сперва мы демонтировали всё, что вы видите на этой фотографии. Нужно конечно понимать, что когда мы это строили, знали что уже совсем скоро все это снесем. Если кто забыл, то это проект большого черного дома. Дом мы закончили несколько лет назад, но…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments