Производство нанозолота становится серийным
Разработана технология создания наноконструкций из отдельных атомов золота со строго упорядоченной структурой и заранее заданными свойствами. Это открывает перспективу широкого применения нанозолота в микроэлектронике.
Наночастицы золота уже сегодня широко применяются в самых различных областях, в том числе при исследованиях в области наноэлектроники, биотехнологий и в медицине для доставки лекарств и точечной терапии пораженных участков.Однако их использованию в микроэлектронике препятствует техническая сложность создания из отдельных атомов упорядоченных структур с заданными свойствами.
Ученым из университета Аризоны, США, удалось добиться существенного прогресса в развитии технологии упорядочивания золотых наночастиц. В этом им помогли свойства молекулы ДНК. Используя решетки, составленные из молекул ДНК, исследователи смогли создать шаблон и расположить в нем наночастицы так, что они составили упорядоченную матрицу, которую уже можно использовать в наноэлектронике.
«Групповые свойства ансамбля наночастиц зависят от морфологии их расположения в составе группы, поэтому для получения матриц с определенными свойствами важно точно соблюдать даже интервалы между ними, что очень трудно, — говорит доктор Хао Ян (Hao Yan). — Однако, с помощью сетки, составленной из молекул ДНК, удается выдерживать точные пространственные интервалы между наночастицами и создавать упорядоченные структуры».
В качестве основного материала Ян и его коллеги взяли наночастицы золота диаметром пять нанометров. Их покрыли короткими цепочками молекул ДНК, так называемыми «последовательностями T15», которые, при прикреплении к наночастице, расходились радиально от ее центра. Наночастицы облепили «ворсом», состоящим из последовательностей Т15.
ДНК-сетку собрали из двух разных сложных цепочек-конгломератов ДНК: А и В, причем последовательность А на регулярных промежутках содержала короткие отрезки цепей А15, комплиментарные прикрепленным на наночастицах золота цепочкам Т15. При добавлении в раствор с ДНК-сеткой наночастиц, обработанных цепями Т15, они расположились через строго определенные промежутки, образуя упорядоченную структуру, связанную с комплиментарными цепями сетки А15.
Подобный механизм производства наносистем ученые называют «самосборкой», так как после определения начальных условий (формы компонентов и порядка протекания процесса) нет необходимости контролировать выполнение каждого этапа эксперимента. Это открывает путь к серийному производству — за один цикл можно изготовить множество ДНК-матриц, содержащих наночастицы золота.
Готовая матрица наночастиц, изготовленная с помощью новой методики, характеризовалась следующими заданными заранее параметрами: дистанция между наночастицами составляла 38 нанометров, размер единичной наночастицы в поперечнике без цепей Т15 — около 5 нанометров. Проверка свойств матрицы осуществлялась с помощью атомного силового микроскопа. Выявились неожиданные особенности новой технологии.
Процедура создания золотых наноструктур. (a) Формирование решеток ДНК (А - голубая, B – оранжевая). Цифрами обозначены комплиментарные участки цепочек. (b) Сетка из ДНК, участки A15 расположены в местах пересечения цепей А и В. (c) Наночастицы золота на ДНК-сетке. Выделены якорные цепи Т15.
Наночастицы точно располагались в местах привязки, формируя регулярную структуру. Но сам шаблон структуры получился не совсем таким, как планировалось. Предполагалось, что наночастицы должны расположиться в четырех углах ячеек, сформированных сетками ДНК. Все вышло наоборот — они находились в центре ячеек. По мнению ученых, это связано с тем, что наночастицы, покрытые слоем Т15, увеличились в размерах и, более того, приобрели отрицательный электрический заряд. Это и вызвало увеличение дистанции между наночастицами, связанное с действием отталкивающих электростатических сил частиц друг на друга.
На следующих этапах исследований ученые планируют получить различные вариации шаблонов наночастиц, усложнив исходную матрицу ДНК-сетки и используя не только одну лишь последовательность Т15, но и другие связующие покрытия.