ДНК-суперрешетки - основа для плащей-невидимок и материалов, способных изменять свой цвет - «Наука и технологии»

Исследователи из Северо-западного университета разработали новую технологию, позволяющую производить метаматериалы, материалы, поверхность которых покрыта наноструктурами, что придает им уникальные и экзотические оптические свойства. Ключевым моментом новой технологии являются наночастицы, прикрепленные к поверхности короткими цепочками молекул ДНК. Эти молекулы, в ответ на определенные внешние воздействия, могут сокращаться или удлиняться, что позволяет изменять цвет поверхности материала или делать его вообще невидимым в определенном диапазоне электромагнитного спектра.

Для создания материала со столь необычной структурой исследователи использовали технологию литографии с технологией самосборки ДНК. В результате этого на выходе появляется упорядоченная суперрешетка из наночастиц, скрепленных молекулами ДНК. "Подобный подход позволяет создать на поверхности материала наноструктуры практически любой формы, вида и размеров" - рассказывает Чад Миркин (Chad Mirkin), один из исследователей, - "И некоторые из этого бесчисленного ряда наноструктур не могут быть получены при помощи любой другой из существующих технологий".

Создание суперрешетки начинается со "сверления" отверстий в полимерном фоторезистивном материале, что делается при помощи технологии литографии. Размеры этих отверстий приблизительно соответствуют размерам используемых наночастиц, они, эти отверстия, являются своего рода посадочными местами для наночастиц. Тем временем ведется подготовка наночастиц, поверхность которых покрывается короткими цепочками ДНК и когда такие наночастицы помещаются на поверхность полимера, вторые концы цепочек ДНК прикрепляются по кругу к краям отверстий, посадочных мест.

Для создания опытного образца ДНК-метаматериала исследователи использовали золотые наночастицы. Когда этот материал был подвергнут влиянию растворов, содержащих разные концентрации этанола, нити ДНК изменили свою длину, наночастицы отодвинулись от поверхности основания и цвет материала изменился от черного к красному, а затем, и к зеленому.

Исследователи сообщают, что при помощи разработанной ими технологии можно создавать метаматериалы с практически неограниченно большой площадью, соблюдая при этом высокую точность расположения наночастиц на их поверхности. А изменяя размеры, форму и тип материала этих наночастиц, можно получать материалы практически с любым набором оптических свойств. Такие материалы могут стать основой медицинских датчиков, датчиков экологического мониторинга, устройств преобразования света и устройств сокрытия, которые принято называть термином "плащ-невидимка".