Il DNA è certamente la base della vita. Presto potrebbe essere anche la base dei tuoi dispositivi elettronici.

Un team della Northwestern University ha sviluppato una nuova serie di principi di progettazione per creare cristalli fotonici simili a quelli che vengono tipicamente utilizzati nei computer, schermi di televisori e smartphone. Usando il DNA sintetico per assemblare le particelle in reticoli cristallini, i ricercatori hanno aperto la porta a display molto più leggeri e sottili rispetto a quelli attualmente disponibili.

"La maggior parte delle persone guarda ogni giorno il display di un laptop, ma poche persone capiscono di cosa sono fatti e perché, " disse George Schatz, Charles E. ed Emma H. ​​Morrison Professore di chimica al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern. "Un componente del display è il riflettore posteriore, un dispositivo simile a uno specchio che dirige la luce emessa dall'LCD verso lo spettatore. Questi riflettori sono realizzati utilizzando polimeri stratificati che sono molto più spessi e pesanti dei nostri cristalli".

L'approccio di Northwestern non solo sostituisce questi polimeri con nanocristalli d'oro, ma li distanzia anche per lasciare aria tra di loro. Il risultato è un accendino, più compatto, struttura progettata con precisione e riconfigurabile che è ancora altamente riflettente.

La ricerca è stata pubblicata online ieri nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ). Schatz e Chad Mirkin, il direttore dell'International Institute for Nanotechnology della Northwestern e il professore di chimica George B. Rathmann, servito come autori co-corrispondenti del documento.

Sebbene il DNA sia quasi sempre associato a organismi viventi, dai batteri semplici agli esseri umani complessi, il DNA utilizzato nello studio è sintetizzato e manipolato chimicamente piuttosto che derivato da cellule viventi. Nel 1996, Mirkin ha inventato modi per collegare il DNA sintetico alle nanoparticelle d'oro per produrre nuovi materiali che non si trovano in natura, per utilizzare essenzialmente il "progetto della vita" per programmare la loro formazione. Queste strutture sono diventate la base per più di 1, 800 prodotti utilizzati in tutto il mondo, principalmente nelle scienze della vita.

Quindi, nel 2008, Mirkin e Schatz hanno collaborato per creare cristalli da particelle collegate dal DNA. Attaccando filamenti di DNA sintetico a minuscole sfere d'oro, il duo ha scoperto di poter costruire strutture cristalline tridimensionali. Cambiando la sequenza del filamento di DNA di Gs, Come, Ts e Cs modificano la forma della struttura cristallina, consentendo ai ricercatori di disporre le particelle in modo diverso nello spazio. Più di 500 tipi di cristalli, che abbracciano più di 30 diverse simmetrie di cristallo sono state realizzate utilizzando questo approccio, rendendolo un modo potente e fondamentalmente nuovo per programmare la formazione della materia cristallina.

Nonostante abbia fatto sofisticati progressi con questo lavoro dal 2008, Mirkin e Schatz inizialmente non si sono resi conto che i reticoli cristallini che hanno realizzato in laboratorio avevano proprietà ottiche simili agli strati polimerici trovati nei display dei dispositivi.

"Attraverso la modellazione al computer, ci siamo resi conto per caso che i materiali cristallini con nanoparticelle d'oro avevano proprietà che ci mancavano in precedenza nel lavoro, " ha detto Schatz. "Abbiamo quindi ottimizzato le proprietà ottiche utilizzando calcoli, e questi hanno dimostrato che le sfere metalliche non toccanti potevano, in alcuni casi, essere migliore delle sfere polimeriche che si toccano."

Dopo aver realizzato i cristalli in laboratorio, I team di Mirkin e Schatz hanno misurato le proprietà ottiche dei cristalli per scoprire che la loro modellazione computazionale era effettivamente corretta. Sebbene abbiano testato solo la natura riflettente del reticolo cristallino nell'attuale documento PNAS, il metodo potrebbe portare a molti tipi di materiali funzionali "di design" utilizzando l'autoassemblaggio guidato dal DNA.

"La generalità dell'approccio e le regole di progettazione sono piuttosto straordinarie e indipendenti dalla composizione delle particelle, " Ha detto Mirkin. "Questo porta ciò che inizialmente abbiamo concepito negli anni '90 a livelli completamente nuovi".