Команда сконструировала коллоидные кристаллы с комплементарными нитями ДНК и обнаружила, что обезвоживание сминает кристаллы, разрушая водородные связи ДНК. Но когда исследователи добавили воду, кристаллы вернулись в исходное состояние в течение нескольких секунд.

Новое исследование описывает память формы, которая возникает после изменения структуры коллоидного кристалла и которая недоступна в других типах кристаллов. В ответ на внешние раздражители обратимые структурные изменения в этих новых материалах могут привести к соответствующим динамическим функциональным изменениям, которые делают их полезными в химическом и биологическом зондировании, оптике и мягкой робототехнике.

Статья будет опубликована 12 октября в журнале Природа.

"Деформированный кристалл имеет совершенно другие свойства, когда он разрушен", - сказал Чад А. Миркин из Northwestern, который руководил исследованием. "Но ДНК повторяет свои шаги. Представьте, что дом был разрушен ураганом, но затем каждый гвоздь и доска вернулись на свои прежние места, чтобы восстановить дом после того, как шторм прошел. Это, по сути, эквивалентно тому, что происходит здесь с этими кристаллами на наноуровне ".

Пионер нанотехнологий, Миркин является профессором химии имени Джорджа Б. Ратмана в Северо-Западном колледже искусств и наук Вайнберга и директором Международного института нанотехнологий. Миркин также является профессором химической и биологической инженерии, биомедицинской инженерии и материаловедения в инженерной школе Маккормика и профессором медицины в медицинской школе Фейнберга Северо-Западного университета.

Новое свойство, представляющее собой тип "гиперупругости в сочетании с памятью формы", контролируется специфической последовательностью ДНК, соединяющей частицы, и влияет на структуру объекта и сжимаемость. Из-за пластичности кристалла он может разрушаться, а затем снова собираться вместе.

Это открытие основано на работе, которую Миркин начал в 1996 году. В то время его исследовательская группа сообщила, как ДНК может быть использована в качестве связующего материала, закодированного последовательностью, клея, который может быть использован для создания коллоидных кристаллов - некоторые из которых имеют структуру и свойства, сходные с обычными кристаллами, встречающимися в природе, в то время как другие имеют структуры и свойства, которые никогда не были обнаружены в природе.

В рукописи авторы описывают новый способ изготовления кристаллов гораздо большего размера, чем когда-либо делалось прежде, - достаточно больших, чтобы их можно было наблюдать невооруженным глазом. В дополнение к открытию памяти формы, эта разработка позволила этим исследователям раскрыть новые способы использования кристаллов в качестве силовых и химических детекторов. Миркин сказал, что ему не терпится увидеть, как свойство этих кристаллов запоминать форму будет использовано, например, в датчиках расхода в микромасштабных жидкостных устройствах и в детекторах химических и биологических молекул. Миркин также рассматривает способы использования уникальных кристаллов для создания материалов, способных выдерживать чрезвычайные повреждения и возвращаться в исходное состояние.

"Это замечательные материалы - даже повреждение кожи, которая обладает врожденной и замечательной способностью к регенерации, оставляет шрамы", - сказал Миркин. "В данном случае этого не происходит. Код ДНК в этих кристаллах возвращает их в исходное состояние. Эта способность может помочь в управлении химическими реакциями и создании новых классов выключателей света, где "включено" - это обычный кристалл, а "выключено" - деформированный, срабатывающий при незначительных изменениях потока и силы".