Программируемые ДНК-сверхрешетки: новый шаг в наноматериалах

Строительные блоки ДНК-сверхрешеток. Автор: Nature Nanotechnology (2025). DOI:10.1038/s41565-025-01976-3

Ученые разработали новый метод создания наноматериалов с использованием ДНК-технологий. Так называемые «ДНК-сверхрешетки» формируются при наложении двух периодических ДНК-структур с небольшим угловым смещением или позиционным сдвигом. Это создает интерференционные узоры с уникальными физическими свойствами.

Исследователи из Университета Штутгарта и Института твердотельных исследований Общества Макса Планка не только упростили процесс создания таких структур, но и открыли новые возможности для проектирования наноматериалов. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

«Наш подход преодолевает традиционные ограничения в создании сверхрешеток», — говорит профессор Лаура На Лю, директор 2-го Физического института Университета Штутгарта.

Новый метод сборки

«В отличие от классических методов, требующих механического скручивания двумерных материалов, мы используем процесс самосборки», — объясняет профессор Лю. ДНК-структуры формируются самостоятельно благодаря молекулярным взаимодействиям, без внешнего вмешательства.

«Мы кодируем параметры сверхрешетки — угол поворота, расстояние между слоями и симметрию — прямо в молекулярную структуру "затравки". Затем вся архитектура собирается с нанометровой точностью», — добавляет исследователь.

Промежуточный масштаб: новые горизонты

Ранее сверхрешетки изучались либо на атомном (ангстрем), либо на фотонном (субмикронном) уровне, но промежуточный нанометровый диапазон оставался малоисследованным. Новая методика сочетает две технологии: ДНК-оригами и сборку одноцепочечных плиток (SST).

С их помощью ученые создали сверхрешетки с размерами ячеек до 2,2 нанометра, регулируемыми углами скручивания и различными типами симметрии. Также были получены градиентные сверхрешетки, где угол и периодичность меняются по всей структуре.

Перспективы применения

Такие структуры могут использоваться в нанофотонике, спинтронике и материаловедении. Например, они могут служить основой для размещения флуоресцентных молекул, наночастиц металлов или полупроводников.

«Это не имитация квантовых материалов, а расширение пространства для проектирования новых типов структур», — подчеркивает профессор Лю.

Подробнее: Xinxin Jing et al, DNA moiré superlattices, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-01976-3