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03. March 2017

Doppelhelix ordnet Kristalle

Bild: panthermedia.net/JCB Prod

Verfahren zur DNA-programmierten Materialsynthese

Erstmals ist es gelungen, komplexe Kristallgitter, sogenannte Clathrate, aus Nanoteilchen mithilfe von DNA-Strängen gezielt herzustellen. Die programmierte Synthese von Clathraten ist beispielgebend für die präzise Herstellung neuartiger Nanomaterialien. In Zusammenarbeit mit weltweit führenden Nanotechnologen der University of Michigan und der Northwestern University ist EAM Professor Michael Engel am Lehrstuhl für Multiskalensimulation in eine neue Dimension der DNA-programmierten Materialsynthese vorgestoßen: es ist gelungen, pyramidenförmige Goldkristalle gezielt zu komplexen Clathratverbindungen zu ordnen.

Seit einigen Jahren nutzen Wissenschaftler das Ordnungspotenzial der DNA bei der Synthese neuartiger Materialien auf der Nanoskala. Für die Synthese wurden die in einer Suspension befindlichen, 250 Nanometer großen Goldkristalle – die im Experiment stellvertretend für Atome stehen, die sich zu Clathraten formieren können – mit künstlicher DNA versetzt. Die DNA-Stränge heften sich an die Goldpartikel und bringen sie in einem Selbstorganisationsprozess in eine bestimmte Position. Je nach Länge der DNA-Sequenzen und Anordnung der Basenpaare entstehen unterschiedliche dreidimensionale Gitterstrukturen. Durch die DNA-Programmierung kann somit die Architektur des Kristallgitters sehr präzise bestimmt werden. Für die Materialforschung sind Clathrate deshalb so interessant, weil sie aus Atom-Käfigen bestehen, in die andere Stoffe, zumeist Gase, eingelagert werden können. Die kontrollierte Herstellung von kolloidalen Clathraten eröffnet ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten. So führt eine gezielte Beeinflussung bestimmter Parameter des Kristallgitters zu Materialeigenschaften, die in einfacheren kolloidalen Kristallen nicht erreichbar sind.

Vollständige Pressemitteilung

Reference
Clathrate colloidal crystals
Haixin Lin, Sangmin Lee, Lin Sun, Matthew Spellings, Michael Engel, Sharon C. Glotzer, Chad A. Mirkin
Science, Vol. 355, Issue 6328, pp. 931-935
DOI: 10.1126/science.aal3919


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