Eingewickelte Silber-Häufchen – Kristallstruktur eines durch DNA stabilisierten Silber-Nanoclusters aufgeklärt
Der Nanocluster aus 16 Silber-Atomen wird durch "Einwickeln" in DNA-Stränge stabilisiert. (c) Wiley-VCH
Anders als Feststoffe oder Nanopartikel haben Nanocluster, ähnlich wie Moleküle, diskrete Energieniveaus, zwischen denen sie durch Absorption bzw. Emission von Licht (Fluoreszenz) wechseln können. Nanocluster aus Silber sind besonders interessant, u.a. weil sie sehr hell fluoreszieren können.
Ihre optischen Eigenschaften hängen stark von der Größe der Nanocluster ab. Entsprechend wichtig ist es, einheitliche Cluster mit exakt definierter Atomzahl herzustellen. Schon seit einigen Jahren verwenden Wissenschaftler dazu kurze DNA-Stränge als biokompatible, wasserlösliche Alternativen zu herkömmlichen „Schablonen“.
Das Team um Tom Vosch von der Universität Kopenhagen und Jiro Kondo von der Sophia University in Tokio haben einen Nanocluster aus exakt 16 Silberatomen kristallisiert – mithilfe einer DNA-Sequenz aus zehn Nukleotiden. Die magenta-roten Kristalle emittieren Licht im nahen Infrarot, wenn sie mit grünem Licht bestrahlt werden – mit nahezu identischen Spektren im Kristall und in Lösung.
Wie die Strukturanalyse ergab, haben die Ag16-Nanocluster einen Durchmesser von etwa 7 Å und eine Höhe von etwa 15 Å (1 Å ist der zehnmillionste Teil eines Millimeters). Jeder Nanocluster ist in jeweils zwei DNA-Stränge, die eine Hufeisen-förmige Konformation annehmen, fest eingewickelt und wird so fast vollständig abgeschirmt.
Die beiden DNA-Stränge werden in erster Linie über Wechselwirkungen mit den Silber-Atomen und einige wenige Wasserstoffbrücken verbunden. Überraschenderweise wird keine für DNA sonst übliche Watson-Crick-Basenpaarung beobachtet. Innerhalb des Clusters wurden zudem neuartige Silber-Silber-Wechselwirkungen beobachtet.
Die Packung der DNA-Silber-Nanocluster zum Kristall wird durch verschiedene Wechselwirkungen gefördert, wie etwa zwischen Phosphatgruppen und Calciumionen sowie sogenannte π-Stapelungen zwischen benachbarten Thymingruppen. Letztere spielen eine wichtige Rolle bei der den Kristallisationsprozessen. Zudem liegen innerhalb des Kristalls locker assoziierte Silber-Kationen vor: Einige bilden eine Brücke zwischen DNA-Basen, während andere nur mit Silberatomen innerhalb des Cluster-Kerns wechselwirken.
Die neuen Erkenntnisse könnten helfen, die Zusammenhänge zwischen strukturellen und Emissionseigenschaften von Nanoclustern aufzuklären und einen Ansatz für die Synthese weiterer monodisperser, biokompatibler, wasserlöslicher Silber-Cluster mit günstigen photophysikalischen Charakteristika zu entwerfen, beispielsweise für biomedizinische Bildgebungsverfahren.
Angewandte Chemie: Presseinfo 26/2019
Autor: Jiro Kondo, Sophia University (Japan),j.kondo@sophia.ac.jp
Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie
Der innovations-report bietet im Bereich der "Life Sciences" Berichte und Artikel über Anwendungen und wissenschaftliche Erkenntnisse der modernen Biologie, der Chemie und der Humanmedizin.
Unter anderem finden Sie Wissenswertes aus den Teilbereichen: Bakteriologie, Biochemie, Bionik, Bioinformatik, Biophysik, Biotechnologie, Genetik, Geobotanik, Humanbiologie, Meeresbiologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie, Zoologie, Bioanorganische Chemie, Mikrochemie und Umweltchemie.
Neueste Beiträge
Neue universelle lichtbasierte Technik zur Kontrolle der Talpolarisation
Ein internationales Forscherteam berichtet in Nature über eine neue Methode, mit der zum ersten Mal die Talpolarisation in zentrosymmetrischen Bulk-Materialien auf eine nicht materialspezifische Weise erreicht wird. Diese „universelle Technik“…
Tumorzellen hebeln das Immunsystem früh aus
Neu entdeckter Mechanismus könnte Krebs-Immuntherapien deutlich verbessern. Tumore verhindern aktiv, dass sich Immunantworten durch sogenannte zytotoxische T-Zellen bilden, die den Krebs bekämpfen könnten. Wie das genau geschieht, beschreiben jetzt erstmals…
Immunzellen in den Startlöchern: „Allzeit bereit“ ist harte Arbeit
Wenn Krankheitserreger in den Körper eindringen, muss das Immunsystem sofort reagieren und eine Infektion verhindern oder eindämmen. Doch wie halten sich unsere Abwehrzellen bereit, wenn kein Angreifer in Sicht ist?…
