Plasmonische Gitter – programmiert mittels molekularer Selbstorganisation

• Antragstellerin: Professorin Dr. Laura Na Liu
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Biomaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448727036

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Forschung in der strukturellen DNA-Nanotechnologie hat tiefgreifende wissenschaftliche Auswirkungen auf mehrere Disziplinen. Die komplexen Nanostrukturen und Geräte, die durch DNA-Selbstassemblierung entstehen, dienen als grundlegende Elemente und bieten innovative Lösungen für Mikro- und Nanotechnologieanwendungen in den Lebenswissenschaften, der Chemie, den Materialwissenschaften und darüber hinaus. Die strukturelle DNA-Nanotechnologie nutzt rational entworfene DNA-Moleküle als Baueinheiten, die die molekulare Selbstassemblierung erleichtern und Nanostrukturen in verschiedenen Formen und Größen erzeugen. Durch programmierbares Design können wir eine präzise Kontrolle über DNA-Moleküle im Nanomaßstab ausüben, was wir zur Assemblierung mikrometergroßer, zweidimensionaler dynamischer DNA-Origami-Arrays (dekoriert mit Metall-Nanopartikeln) verwendet haben. Durch die Optimierung der strukturellen Integrität des DNA-Origami-Arrays und die Erweiterung der Größe der DNA-Nanostruktur haben wir eine mikrometergroße, defektarme DNA-Origami-Array-Struktur hergestellt. Die Echtzeitkontrolle über das DNA-Origami-Array wurde durch die Integration dynamischer regulatorischer Elemente erreicht. Solche DNA-Origami-Arrays können auf vielfältige Weise eingesetzt werden, z.B. zur Realisierung dynamischer Metaflächen oder zur strukturellen Modifikation von Lipidmembranen, wie wir in diesem Projekt gezeigt haben. Wir erwarten, dass die inhärente Programmierbarkeit, Adressierbarkeit und Modifizierbarkeit der DNA-Origami-Arrays, und allgemein der DNA-Moleküle, in der biomedizinischen Forschung, der physikalischen Chemie und der Informationsspeicherung breite Aufmerksamkeit erlangen wird.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Transformable Plasmonic Helix with Swinging Gold Nanoparticles. Angewandte Chemie International Edition, 62(9).
  Peil, Andreas; Zhan, Pengfei; Duan, Xiaoyang; Krahne, Roman; Garoli, Denis; M., Liz‐Marzán Luis & Liu, Na
  
• Modulating Lipid Membrane Morphology by Dynamic DNA Origami Networks. Nano Letters, 23(14), 6330-6336.
  Yang, Juanjuan; Jahnke, Kevin; Xin, Ling; Jing, Xinxin; Zhan, Pengfei; Peil, Andreas; Griffo, Alessandra; Škugor, Marko; Yang, Donglei; Fan, Sisi; Göpfrich, Kerstin; Yan, Hao; Wang, Pengfei & Liu, Na
  
• Recent Advances in DNA Origami-Engineered Nanomaterials and Applications. Chemical Reviews, 123(7), 3976-4050.
  Zhan, Pengfei; Peil, Andreas; Jiang, Qiao; Wang, Dongfang; Mousavi, Shikufa; Xiong, Qiancheng; Shen, Qi; Shang, Yingxu; Ding, Baoquan; Lin, Chenxiang; Ke, Yonggang & Liu, Na