Nel corpo umano le informazioni genetiche sono codificate in blocchi costitutivi di acido desossiribonucleico a doppio filamento, il cosiddetto DNA. Utilizzando molecole di DNA artificiale, un team internazionale di scienziati guidato dal Cluster of Excellence Nanosistemi Initiative Munich ha prodotto materiali nanostrutturati che possono essere utilizzati per modificare la luce visibile in base alle specifiche. I ricercatori presentano i loro risultati nell'attuale numero della rinomata rivista scientifica Natura .

C'era molta eccitazione alcuni anni fa in seguito alla scoperta della tecnica dell'origami del DNA. L'approccio potrebbe essere utilizzato per costruire nanoparticelle di una data forma e dimensione. Però, applicazioni reali, come nano-pinzette, rimasto fuori portata. Un team internazionale di ricercatori guidato dal professor Tim Liedl della Ludwig-Maximillians-Universitaet Muenchen e dal professor Friedrich Simmel della Technische Universitaet Muenchen è ora riuscito a costruire nanoparticelle utilizzando blocchi di DNA otticamente attivi che possono essere utilizzati per modificare la luce in modi molto specifici .

L'accoppiamento di luce e nanostrutture può aiutare a ridurre significativamente le dimensioni dei sensori ottici per applicazioni mediche e ambientali, rendendoli allo stesso tempo più sensibili. Però, la dimensione di un'onda luminosa che si estende da 400 a 800 nanometri è gigantesca rispetto a nanostrutture di pochi nanometri. Eppure in teoria, quando le strutture più piccole lavorano insieme in modi molto specifici, anche piccoli oggetti possono interagire molto bene con la luce. Sfortunatamente non è possibile produrre le strutture tridimensionali richieste con precisione su scala nanometrica in quantità e purezza sufficienti utilizzando metodi convenzionali.

"Con gli origami del DNA, ora abbiamo trovato una metodologia che soddisfa tutti questi requisiti. Permette di definire in anticipo e con precisione nanometrica la forma tridimensionale dell'oggetto che si sta creando, "dice il professor Friedrich Simmel, che detiene la cattedra di Sistemi Biomolecolari e Bionanotecnologia presso la TU Muenchen. Programmato utilizzando esclusivamente la sequenza di elementi costitutivi di base, i nano-elementi si ripiegano nelle strutture desiderate." Il team di Friedrich Simmel ha costruito con successo nano scale a chiocciola alte 57 nanometri e 34 nanometri di diametro con particelle d'oro di 10 nanometri attaccate a intervalli regolari.

Sulla superficie delle particelle d'oro gli elettroni reagiscono con il campo elettromagnetico della luce. La piccola distanza tra le particelle assicura che le particelle d'oro di un filamento di DNA lavorino all'unisono, amplificando così le interazioni molte volte. Professor Alexander O. Govorov, fisico teorico presso l'Ohio State University di Atene, STATI UNITI D'AMERICA, aveva previsto che l'effetto sarebbe dovuto dipendere dalla spaziatura, dimensione e composizione delle particelle metalliche. Usando il metodo dell'origami del DNA, i fisici di Monaco hanno costruito nanostrutture in cui hanno variato questi parametri.

I risultati di questi esperimenti confermano le previsioni dei loro colleghi sotto ogni aspetto:le soluzioni acquose di nano scale a chiocciola destrorse e sinistrorse differiscono visibilmente nelle loro interazioni con la luce polarizzata circolare. Le scale a chiocciola con particelle grandi mostrano una risposta ottica significativamente più forte rispetto a quelle con particelle piccole. Anche la composizione chimica delle particelle ha avuto un grande effetto:quando le particelle d'oro sono state rivestite con uno strato di argento, la risonanza ottica si è spostata dal dominio del rosso al blu dell'onda più corta.

Combinando i calcoli teorici e le possibilità degli origami del DNA, i ricercatori sono ora in grado di produrre materiali nano-ottici con caratteristiche precisamente specificate. Il professor Tim Liedl descrive il percorso che potrebbe seguire la ricerca:"Ora esamineremo se possiamo utilizzare questo metodo per influenzare l'indice di rifrazione dei materiali che produciamo. I materiali con un indice di rifrazione negativo potrebbero essere utilizzati per sviluppare nuovi sistemi di lenti ottiche, quindi -chiamate super lenti."