Enkelstrengs DNA als supramoleculaire sjabloon voor sterk georganiseerde palladium nanodraden

Nanodraden zijn essentiële componenten voor toekomstige nano-elektronica, sensoren en nanogeneeskunde. Om de vereiste complexiteit te bereiken, is het noodzakelijk om de positie en groei van de metaalketens op atomair niveau te beheersen. In het dagboek Angewandte Chemieheeft een onderzoeksteam een ​​nieuwe benadering geïntroduceerd die nauwkeurig gecontroleerde, spiraalvormige palladium-DNA-systemen genereert die de organisatie van natuurlijke basenparen in een dubbelstrengs DNA-molecuul nabootsen.

Een team uit Europa en de VS onder leiding van Miguel A. Galindo heeft nu een elegante methode ontwikkeld voor het produceren van individuele, continue ketens van palladiumionen. Het proces is gebaseerd op een zelfgeorganiseerde assemblage van een speciaal palladiumcomplex en enkelstrengs DNA-moleculen.

In de afgelopen jaren is DNA een belangrijk hulpmiddel geworden voor nanowetenschap en nanotechnologie, vooral vanwege de mogelijkheid om de resulterende structuren te “programmeren” via de basensequentie van het gebruikte DNA. Door metalen in DNA-structuren op te nemen, kunnen ze eigenschappen krijgen zoals geleidbaarheid, katalytische activiteit, magnetisme en fotoactiviteit.

Het organiseren van metaalionen in DNA-moleculen is echter niet triviaal omdat metaalionen zich aan veel verschillende locaties kunnen binden. Het team van Galindo ontwikkelde een slimme methode om de binding van palladiumionen aan specifieke sites te controleren. Ze gebruiken een speciaal geconstrueerd palladiumcomplex dat basenparen kan vormen met natuurlijke adeninebasen in een DNA-streng. De ligand in dit complex is een plat, aromatisch ringsysteem dat drie van de vier beschikbare bindingsposities op het palladiumion vasthoudt. De vierde positie van het palladium is dan beschikbaar om te binden aan een zeer specifiek stikstofatoom in adenine. Het ligand bezit ook zuurstofatomen die in staat zijn om een ​​waterstofbinding te vormen met de naburige NH2-groep van het adenine. Dit bindingspatroon komt exact overeen met een Watson-Crick-basenparing, maar wordt nu gemedieerd door een palladiumion, waardoor het aanzienlijk sterker is dan de natuurlijke Watson-Crick-koppeling.

Als een DNA-streng die uitsluitend is gemaakt van adeninebasen wordt gebruikt, bindt één palladiumcomplex aan elk adenine. De platte liganden assembleren zichzelf tot coplanaire stapels, net als natuurlijke bases. Dit resulteert in een dubbele streng gemaakt van DNA- en palladiumcomplexen die overeenkomt met een natuurlijke dubbele DNA-helix waarin één streng is vervangen door een supramoleculaire stapel continue palladiumcomplexen.

Hoewel het team de geleidende eigenschappen van deze systemen nog niet heeft aangetoond, kan worden verwacht dat de juiste reductie van deze metaalionen kan leiden tot de vorming van een geleidende nanodraad met een zeer gecontroleerde structuur. De onderzoeksgroep werkt momenteel zowel aan deze lijn als aan de modificatie van de ligand, die ook nieuwe eigenschappen aan het systeem kan geven.