Oberflächengetriggerte Kaskadenreaktionen zwischen DNA-Linkern steuern die Selbstassemblierung von kolloidalen Kristallen mit kontrollierbarer Dicke

Die Funktionsanpassung von Kolloiden mit reaktiven DNA-Linkern ist eine vielseitige Methode zur Programmierung der Selbstassemblierung. Die DNA-Spezifität bietet direkte Kontrolle über die Kolloid-Kolloid-Interaktionen und ermöglicht die Konstruktion von Strukturen wie komplexen Kristallen oder Gelen. Dennoch bleibt die Selbstassemblierung lokalisierten und endlichen Strukturen ein offenes Problem mit vielen potenziellen Anwendungen. In dieser Arbeit präsentieren wir ein System, in dem funktionalisierte Oberflächen eine Kaskadenreaktion zwischen Linkern initiieren, die zur Selbstassemblierung von Kristallen mit einer kontrollierbaren Anzahl von Schichten führt. Konkret betrachten wir kolloidale Partikel, die mit zwei Familien komplementärer DNA- linker mit mobilen Ankerpunkten funktionalisiert sind, wie sie in Experimenten mit Emulsionen oder Lipid-Doppelschichten zu finden sind. Im Volumen verhindern intra-partikuläre Verbindungen, die durch Paare komplementärer linker gebildet werden, die Bildung inter-partikulärer Brücken und damit die Aggregation von Kolloiden. Kolloide interagieren jedoch stark mit der Oberfläche, da diese die intra-partikulären Verbindungen destabilisieren kann. Wenn sie in direktem Kontakt mit der Oberfläche sind, werden Kolloide aktiviert, was bedeutet, dass sie mehr ungebundene DNA- linker besitzen, bereit zur Reaktion. Aktivierte Kolloide können dann andere Kolloide aus dem Volumen durch die Bildung inter-partikulärer Verbindungen einfangen und aktivieren. Mithilfe von Simulationen und Theorie, die durch bestehende Experimente validiert wurden, klären wir die Thermodynamik des Aktivierungs- und Bindungsprozesses und erklären, wie die Partikel-Partikel-Interaktionen innerhalb der adsorbierten Phase als Funktion der Entfernung von der Oberfläche schwächer werden. Diese Beobachtung bildet die Grundlage für die Möglichkeit, endliche Aggregate mit kontrollierbarer Dicke und flachen Festkörper-Gas-Oberflächen selbst zu assemblieren. Unser Entwurf deutet auf einen neuen Weg hin, um heterogene und endliche Strukturen herzustellen.