近日，美國西北大學的研究團隊首次利用DNA和納米粒子製造出了接近完美的單晶體。相關研究成果於近日發表在《自然》雜誌上。
「完美的單晶體在日常生活中應用廣泛—鑽石不僅是名貴的飾品，還具有廣泛的工業用途；藍寶石可被用於製造激光發生器，而硅則是重要的電子器件原料。」該校納米學家、團隊負責人Chad A. Mirkin說，「原子在晶格中的位置是否精確，決定了一塊晶體的好壞。」而單晶體連綿不斷且沒有瑕疵的晶格，使其具有獨特的機械、光學以及電磁特性。「現在，我們可以利用DNA和納米粒子來製造晶體。」Chad A. Mirkin說。
據介紹，基於該實驗室最近二十年研製的超結晶格子技術，該研究團隊找到了一種獨特的方法—利用特定的納米材料作為原子，特定的DNA作為粘合劑，經加熱之後便可獲得所需的晶體。
「設想一下，如果一個容器中，有一百萬個紅球和藍球，不管你如何晃動容器，這些球都不會完全均勻混合。」Chad A. Mirkin說，「但是，如果你在一個充滿納米粒子的容器中添加合適的DNA，然後搖動容器，在我們的實驗中，也就是攪拌溶液，你就會發現，所有的納米粒子會被DNA粘連住。」他說：「它們組成了一個完美的三維晶體。」
在上述研究中，利用特定的DNA鏈充當粘合劑，Chad A. Mirkin帶領團隊將散亂的金納米粒子組合成結構有序的晶體。
研究人員表示，在上述過程中，DNA鏈的長度和納米粒子尺寸之間的比例非常重要。
「這一比例直接決定所獲得的晶體質量的優劣。」團隊成員之一，該校溫伯格學院化學教授Olvera de la Cruz說，「這也是該技術的奇妙之處，你必須擁有正確的比例。」
她解釋說，DNA鏈的長度與納米粒子尺寸的比值會影響晶體表面的能量，進而最終決定晶體最後的形狀。在「秘方」之外的比值會導致晶體表面能量產生波動，進而難以形成規則的形狀。Olvera de la Cruz解釋說，合適的比值會讓能量的波動小許多，進而促進晶體的形成。「目前我們已經知曉了一些合適的比例。」
研究人員表示，DNA的長度不能比納米粒子的直徑大過多。在上述研究中，每個納米粒子的直徑在5~20納米之間。而DNA的長度為18個鹼基對零六個單鹼基。
儘管該團隊目前的主要研究對象是金納米粒子，但是，Chad A. Mirkin表示，這項技術也可以被應用於其他材料。「在經過技術改進之後，我們將能夠製造更大的完美單晶體。而且今後，我們的方法將可以用於製造單晶硅，進而極大地促進硅電子工業的發展。」