Transfert d’énergie à travers des nanoparticules d’or couplées à des structures d’ADN


Transfert d'énergie à travers des nanoparticules d'or couplées à des structures d'ADN

Une boule d’or de 40 nm induit un couplage plasmonique entre deux tiges d’or de 50 nm de disposées chiralement. Crédit photo: T. Liedl

Tim Liedl, scientifique à l’Université Ludwig Maximilians (LMU) de Munich, a utilisé des structures d’ADN comme échafaudage pour montrer que des d’or positionnées avec peuvent servir de transmetteurs d’énergie efficaces.

Depuis la création du domaine en 2006, des laboratoires du monde entier ont étudié l’utilisation de «l’ADN origami» pour construire des nanostructures complexes. La méthode est basée sur des brins d’ADN avec des séquences définies qui interagissent via un appariement de bases localisé. «À l’aide de brins courts avec des séquences appropriées, nous pouvons relier entre elles certaines régions de longues molécules d’ADN, semblables à des structures tridimensionnelles, en pliant une feuille de papier plate d’une certaine manière», explique le professeur Tim Liedl du Faculté de physique à LMU.

et image miroir

Liedl a maintenant utilisé l’ADN origami pour construire des objets chiraux, c’est-à-dire des structures qui ne peuvent être recouvertes par aucune combinaison de rotation et de translation. Au lieu de cela, ils ont une « sensibilité » et sont des images miroir les uns des autres. Ces paires diffèrent souvent dans leurs propriétés physiques, telles que le degré auquel elles absorbent la polarisée. Cet effet peut être exploité de plusieurs manières. Par exemple, c’est la de la spectroscopie CD (le «CD» signifie ici «dichroïsme circulaire»), une technique qui permet d’élucider la configuration spatiale globale des composés chimiques et même des protéines entières.

Pour assembler des structures métalliques chirales, Liedl et son groupe ont synthétisé des structures complexes d’origami d’ADN qui fournissent des sites de liaison positionnés avec précision pour la fixation de nanoparticules d’or sphériques et en forme de bâtonnet. Le cadre sert donc de modèle ou de formulaire pour placer des nanoparticules à des positions prédéterminées et dans une orientation spatiale définie. « Vous ne pouvez assembler un objet chiral qu’en fonction de la disposition des nanoparticules d’or », explique Liedl

L’or n’est pas seulement chimiquement robuste, mais aussi, en tant que métal noble, a des résonances dites plasmoniques de surface. Les plasmons sont des vibrations cohérentes d’électrons qui sont créées lorsque la lumière interagit avec la surface d’une structure métallique. « Vous pouvez considérer ces vibrations comme des ondes qui sont excitées lorsqu’une bouteille d’eau est secouée parallèlement ou perpendiculairement à son axe longitudinal », explique Liedl.

Les nanoparticules d’or comme transmetteurs d’énergie

Les vibrations excitées dans des particules d’or spatialement contiguës peuvent se coupler les unes aux autres, et les plasmons des expériences de Liedl se comportent comme une image et une image miroir grâce à leur disposition chirale sur le cadre de l’origami. «Ceci est confirmé par nos mesures spectroscopiques sur CD», déclare Liedl. Dans les expériences, les structures chirales sont irradiées avec une lumière polarisée circulairement et l’absorbance est mesurée en pourcentage de l’entrée. De cette manière, les arrangements pour droitiers et gauchers peuvent être distingués les uns des autres.

Fondamentalement, deux nanorods d’or devraient être suffisants pour construire un objet chiral, car ils peuvent être disposés sous la forme d’un L ou d’un L. inversé. Cependant, les tiges utilisées dans les expériences étaient relativement éloignées (dans la gamme nano). et les plasmons excités dans l’un avaient peu d’influence sur ceux générés dans l’autre, c’est-à-dire que les deux étaient à peine couplés l’un à l’autre. Mais Liedl et ses collègues avaient un tour dans leur manche. En redessinant de manière appropriée la structure de l’origami, ils ont pu positionner une nanosphère d’or entre la paire de tiges en forme de L, renforçant efficacement le couplage. La spectroscopie CD a révélé la présence de transitions d’énergie, confirmant l’hypothèse que l’équipe avait dérivée de simulations.

Liedl envisage deux contextes possibles dans lesquels ces nanostructures pourraient trouver une application pratique. Ils pourraient être utilisés pour détecter des virus, car la liaison d’acides nucléiques viraux à une particule d’or améliore le signal CD. En outre, les émetteurs plasmoniques chiraux pourraient servir de modèles de dispositifs de commutation dans les ordinateurs optiques, dans lesquels des éléments optiques remplacent les transistors qui sont les bêtes de somme des ordinateurs électroniques.


Les chaînes de nanoparticules d’or sont très prometteuses en tant que guides de lumière


Plus d’information:
Kevin Martens et coll. Interactions chirales à longue et courte portée dans les chaînes plasmoniques composées d’ADN, Communication de la nature (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-22289-8

Fourni par l’Université Ludwig Maximilians de Munich

Citation: Transfert d’énergie via des nanoparticules d’or couplées à des structures d’ADN (2021, 8 avril), consulté le 8 avril 2021 sur https://phys.org/news/2021-04-energy-transmission-gold-nanoparticles-coupled .html

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