Zespół naukowców pod kierownictwem prof. Pawła Majewskiego z Wydziału Biologii UW wspólnie z badaczami z Columbia University opracował nową metodę rzeźbienia nanostruktur zbudowanych z DNA i nanocząstek złota przy użyciu światła laserowego. Wyniki ich badań, które otwierają nowe możliwości w inżynierii materiałowej, zostały opublikowane w czasopiśmie „Nano Letters”.
Badacze z Wydziału Chemii UW – Julia Chmielewska, Filip Powała, Piotr Szustakiewicz – pod kierownictwem prof. Pawła Majewskiego i we współpracy z dr. Bohdanem Paterczykiem z Wydziału Biologii UW oraz grupą prof. Olega Ganga z Columbia University opublikowali w „Nano Letters” artykuł pt. Volumetric Shaping of Nanoparticle-DNA Crystals by Light-induced Milling.
– W prezentowanej pracy przedstawiliśmy metodę kształtowania supramolekularnych kryształów złożonych z klatek zbudowanych z DNA origami i nanocząstek złota. Wykorzystuje ona wiązkę światła laserowego i pozwala na formowanie struktur, które są niemożliwe do uzyskania przy użyciu tradycyjnych metod krystalizacji – wyjaśnia prof. Paweł Majewski i dodaje: – W naszych badaniach skupiliśmy się początkowo na dokładnym zrozumieniu efektów fototermicznych zachodzących w materiale poddawanym naświetlaniu i symulacjach tego procesu, co pozwoliło na optymalny dobór parametrów eksperymentu.
Obrazowanie 3D
Nanocząstki złota w sieci krystalicznej zbudowanej z klatek DNA pochłaniają światło i zamieniają je w ciepło, co prowadzi do lokalnego podgrzania i topnienia struktur DNA-origami. Topnienie materiału zachodzi na drodze dehybrydyzacji (rozplatania) podwójnych helis DNA tworzących klatki i uwalniania nanocząstek złota. Dodatkowo, w celu automatyzacji procesu formowania kryształów światłem laserowym, opracowano i zastosowano dedykowane skrypty w języku Python sterujące położeniem i intensywnością wiązki laserowej, w dużym stopniu przypominające kody sterujące obrabiarkami wykorzystywanymi do obróbki konwencjonalnych materiałów.
Dzięki współpracy z dr. Bohdanem Paterczykiem z Wydziału Biologii UW możliwe było trójwymiarowe obrazowanie otrzymanych układów i szczegółowa analiza uzyskanych struktur z wykorzystaniem fluorescencyjnej mikroskopii konfokalnej.
Opublikowana praca stanowi istotny krok w dziedzinie tworzenia supramolekularnych materiałów zbudowanych z wykorzystaniem samoorganizacji nici DNA. Otwiera też nowe możliwości ich wykorzystania do projektowania złożonych struktur o unikatowych właściwościach optycznych.
Badania przeprowadzono we współpracy z grupą badawczą prof. Olega Ganga z Columbia University. Specjalizuje się ona w syntezie oraz badaniach sztucznych supersieci zawierających nanocząstki i DNA jako materiał sterujący ich organizacją przestrzenną, będącymi supramolekularnymi analogami atomów i orbitali.
