Версия для слабовидящих
Из золота и ДНК собрали фотопереключаемые нано-ножницы Печать Email
Новости об инновациях
25.02.2016

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

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. 

«Наноножницы» после облучения ультрафиолетом — раскрытая форма. Изображение: Anton Kuzykу et al. / Nature Communications, 2016

Механизм смыкания и размыкания замка на лезвиях «ножниц». Изображение: Anton Kuzykу et al. / Nature Communications, 2016

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.

Частицы после облучения ультрафиолетом (слева), и, затем, видимым светом (в центре и справа). Изображение: Anton Kuzykу et al. / Nature Communications, 2016

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».

Принцип работы полностью ячейки памяти на основе частиц-«ножниц» с золотыми наостержнями. Изображение: Anton Kuzykу et al. / Nature Communications, 2016

«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

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2016/iz-zolota-dnk-sobrali-fotopereklyuchaemye-nano-nozhnitsy

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта