Mejorando la ingeniería de cristales con ADN

Mejorando la ingeniería de cristales con ADN

Marca de tiempo: 8 de mayo de 2023 11:27 a.m.
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08 de mayo de 2023 (Noticias de Nanowerk) Los investigadores de Northwestern han demostrado que ajustar la fuerza de interacción del ADN puede mejorar la ingeniería de cristales coloidales para mejorar su uso en la creación de una variedad de nanomateriales funcionales, según un estudio reciente publicado en ACS Nano (“Programming Nucleation and Growth in Colloidal Crystals Using DNA”). Chad Mirkin, PhD, profesor de Medicina en la División de Hematología y Oncología, profesor de Química George B. Rathmann en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y director del Instituto Internacional de Nanotecnología, fue el autor principal del estudio. La ingeniería de cristales coloidales con ADN implica modificar nanopartículas en equivalentes de átomos programables, o "PAE", que se utilizan para formar cristales coloidales que luego pueden usarse para diseñar secuencias de ADN sintéticas y programables. Más recientemente, este proceso se ha centrado en controlar el tamaño y la forma de los cristales; sin embargo, incluso con métodos establecidos, puede resultar difícil separar la formación, o nucleación, y el crecimiento de los cristales. Una imagen que muestra una vista esquemática de un cristal núcleo-capa. Una imagen que muestra una vista esquemática de un cristal de núcleo y cubierta; la región roja contiene nanopartículas de oro con ADN de "semilla" y la región de cáscara amarilla contiene nanopartículas de plata con ADN de "crecimiento". (Imagen: laboratorio Mirkin) “Los cristales nuevos pueden nuclearse a lo largo del proceso mientras los existentes crecen a lo largo del proceso, por lo que puede haber algunos cristales muy pequeños que podrían formarse al final del proceso y otros grandes que crecen todo el tiempo, y terminas con una población realmente no uniforme en términos de tamaños de cristales. Entonces, tratar de separar esos dos eventos, el crecimiento de la formación inicial de cristales, era el problema que queríamos abordar”, dijo Kaitlin Landy, estudiante de doctorado en el Departamento de Química de la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg y codirectora. autor del estudio. En el estudio, el equipo de Mirkin exploró cómo se puede utilizar la fuerza de interacción del ADN para separar la nucleación y el crecimiento en la cristalización coloidal. Para hacer esto, el equipo creó dos grupos de nanopartículas complementarias: un lote que contiene pares de bases complementarias, llamados PAE "semillas", y el otro que contiene pares de bases no coincidentes para producir PAE de "crecimiento". "Entonces, tienes tus cristales iniciales [partículas 'semillas'] que están formando una solución, y luego, más tarde, los más débiles [partículas 'de crecimiento'] pueden crecer sobre lo que ya está allí", dijo Kyle Gibson. , becario postdoctoral en el laboratorio Mirkin y coautor principal del estudio. Con este método, los investigadores pudieron mejorar la uniformidad de los cristales. También podrían seleccionar de forma independiente la nanopartícula y la secuencia de la capa de ADN y esencialmente mezclarlas y combinarlas, lo que les permitiría incorporar diferentes tipos de materiales en los cristales. "Una cosa que creemos que es realmente poderosa para avanzar es pensar en cómo podemos rastrear estos procesos [de cristalización] mediante el uso de diferentes núcleos de partículas", añadió Gibson. "Este método se puede utilizar para crear estas interesantes estructuras núcleo-cubierta en un solo paso, lo que anteriormente requería múltiples pasos con estabilización postsintética del primer cristal antes del segundo paso de crecimiento", dijo Landy. "Con estas dos fuerzas diferentes de interacción del ADN, si podemos esencialmente etiquetar dónde van los diferentes tipos de partículas en la estructura final, será útil investigar esas cuestiones fundamentales".

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