Istraživači sa Univerziteta Northvestern otkrili su ranije nepoznato svojstvo koloidnih kristala, visoko uređenih trodimenzionalnih nizova nanočestica.
Tim je konstruisao koloidne kristale sa komplementarnim lancima DNK i otkrio da je dehidracija zgužvala kristale, razbijajući vodonične veze DNK. Ali kada su istraživači dodali vodu, kristali su se vratili u prvobitno stanje u roku od nekoliko sekundi.
Nova studija opisuje memoriju oblika koja se javlja nakon promena u strukturi koloidnog kristala i koja nije dostupna u drugim vrstama kristala. Kao odgovor na spoljašnje stimuluse, reverzibilne strukturne promene u ovim novim materijalima mogu dovesti do povezanih dinamičkih funkcionalnih promena koje ih čine korisnim u hemijskom i biološkom senzoru, optici i mekoj robotici.
„Deformisani kristal ima potpuno drugačija svojstva kada se razbije“, rekao je Čad A. Mirkin iz Northvesterna, koji je vodio studiju. „Ali DNK se vraća svojim koracima. Zamislite da je kuću uništio uragan, ali da se onda svaki ekser i daska vrati na svoja prvobitna mesta da reformišu kuću nakon što oluja prođe. To je u suštini ekvivalentno onome što se ovde dešava sa ovim kristalima u nanoskala.“
Pionir nanotehnologije, Mirkin je profesor hemije Džordža B. Ratmana na Veinberg College of Arts and Sciences na Northvesternu i direktor Međunarodnog instituta za nanotehnologiju. Mirkin je takođe profesor hemijskog i biološkog inženjerstva, biomedicinskog inženjerstva i nauke o materijalima i inženjeringa na Školi inženjeringa McCormick i profesor medicine na Medicinskom fakultetu Feinberg Univerziteta Northvestern.
Novo svojstvo, koje je tip „hiperelastičnosti u kombinaciji sa memorijom oblika“, kontroliše specifična sekvenca DNK koja povezuje čestice i utiče na strukturu i kompresibilnost objekta. Zbog plastičnosti kristala, on se može razbiti, a zatim ponovo spojiti.
Otkriće se zasniva na radu koji je Mirkin započeo 1996. U to vreme, njegova istraživačka grupa je izvestila kako se DNK može koristiti kao vezivni materijal kodiran sekvencom, lepak koji se može koristiti za izgradnju koloidnih kristala—od kojih neki imaju strukturu i svojstva slični konvencionalnim kristalima koji se nalaze u prirodi, dok drugi imaju strukture i svojstva koja nikada nisu pronađena u prirodi.
U rukopisu, autori opisuju novi način pravljenja kristala mnogo većih nego što su ikada ranije napravljeni – dovoljno velikih da se mogu posmatrati golim okom. Osim što je omogućio otkrivanje memorije oblika, ovaj razvoj je omogućio ovim istraživačima da otkriju nove načine korišćenja kristala kao detektora sile i hemikalija. Mirkin je rekao da je uzbuđen što će videti kako će se svojstva memorije oblika ovih kristala koristiti, na primer, u senzorima protoka u mikrotalasnim fluidnim uređajima i u detektorima za hemijske i biološke molekule. Mirkin takođe razmatra načine da iskoristi jedinstvene kristale kako bi napravio materijale koji su sposobni da izdrže izuzetna oštećenja i da se vrate u prvobitno stanje.
„Ovo su izvanredni materijali – čak i oštećenje kože, koja ima urođenu i izuzetnu sposobnost regeneracije, ostavlja ožiljke“, rekao je Mirkin. „U ovom slučaju to se ne dešava. DNK kod u ovim kristalima ih vodi nazad u prvobitno stanje. Ova sposobnost bi mogla da pomogne u kontroli hemijskih reakcija i stvaranju novih klasa prekidača svetlosti, gde je ‘uključeno’ konvencionalni kristal, i ‘isključeno’ je deformisano, izazvano malim promenama u protoku i sili.“
Istraživački rad je naslovljen „Memorija oblika u samoprilagođavajućim koloidnim kristalima“.
