Importance of the DNA “bond” in programmable nanoparticle crystallization

结晶 化学物理 纳米颗粒 离子键合 寡核苷酸 DNA 材料科学 结晶学 超晶格 同步加速器 化学 纳米技术 离子 物理 有机化学 生物化学 光电子学 核物理学
作者
Robert J. Macfarlane,Ryan V. Thaner,Keith A. Brown,Jian Zhang,Byeongdu Lee,SonBinh T. Nguyen,Chad A. Mirkin
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:111 (42): 14995-15000 被引量:69
标识
DOI:10.1073/pnas.1416489111
摘要

If a solution of DNA-coated nanoparticles is allowed to crystallize, the thermodynamic structure can be predicted by a set of structural design rules analogous to Pauling's rules for ionic crystallization. The details of the crystallization process, however, have proved more difficult to characterize as they depend on a complex interplay of many factors. Here, we report that this crystallization process is dictated by the individual DNA bonds and that the effect of changing structural or environmental conditions can be understood by considering the effect of these parameters on free oligonucleotides. Specifically, we observed the reorganization of nanoparticle superlattices using time-resolved synchrotron small-angle X-ray scattering in systems with different DNA sequences, salt concentrations, and densities of DNA linkers on the surface of the nanoparticles. The agreement between bulk crystallization and the behavior of free oligonucleotides may bear important consequences for constructing novel classes of crystals and incorporating new interparticle bonds in a rational manner.

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