Oud FOM-promovenda Mirjam Leunissen publiceert in Nature Materials

Het oppervlak van deeltjes op nano- en micrometerschaal kan worden voorzien van een laagje van DNA. Daarmee kun je er voor zorgen dat de deeltjes aan elkaar vast komen te zitten in grootschalige structuren. Het DNA heeft namelijk een specifieke samenstelling, een sequentie. Complementaire DNA-sequenties, zogenaamde sticky ends, vormen samen specifieke bindingen die omkeerbaar zijn, en maken zo de deeltjes aan elkaar vast. Beneden een bepaalde temperatuur binden de deeltjes aan elkaar en boven die temperatuur ontbinden ze weer.

Het proces is echter moeilijk stuurbaar; je kunt niet een paar deeltjes wel en een paar deeltjes niet aan elkaar plakken. Alle deeltjes binden aan elkaar of alle deeltjes ontbinden. Je kunt dus wel structuren maken, maar deze blijven een rommeltje; alle vrije deeltjes plakken namelijk ook vast. Leunissen heeft nu een manier gevonden om alleen die deeltjes aan elkaar te plakken, die je aan elkaar wilt hebben.

Orde in de chaos
Aan één deeltje zitten meerdere sticky ends. Deze kunnen sticky ends op andere deeltjes vastgrijpen, maar ook sticky ends op het deeltje waar zij ook op zitten. Eigenlijk zoals wij een ander een hand kunnen geven, maar ook onze eigen hand vast kunnen pakken. Leunissen ontdekte dat wanneer je de temperatuur snel verlaagt, de sticky ends naburige sticky ends op hetzelfde deeltje vastgrijpen vóórdat ze bindingen kunnen vormen tussen verschillende deeltjes. Dit maakt het mogelijk om bij deze lage temperatuur de deeltjes in de beoogde structuur te rangschikken zonder dat ze op ongewenste plaatsen aan elkaar plakken.

Door de deeltjes op lage temperatuur lang bij elkaar te houden, bijvoorbeeld met behulp van een optisch pincet, plakken de deeltjes aan elkaar vast. Net zoals bij contactlijm dus. Dit komt doordat de sticky ends alleen op dat moment voldoende tijd hebben om hun buren los te laten en zich vast te grijpen aan sticky ends op een ander deeltje. Zo kun je de bindingen zorgvuldig manipuleren. De structuur kan nu dus worden aangepast en geconserveerd, zonder dat er ongewenste deeltjes aan plakken. Leunissen ontdekte dat hetzelfde principe ook werkt voor sticky ends die dubbel kunnen vouwen tot een haarspeldvorm, net als het openen en sluiten van een hand. Dit maakt de nieuwe aanpak nog algemener toepasbaar. 

Het door Leunissen ontdekte handigheidje kan het gebruik van deze zogenaamde DNA-gefunctionaliseerde systemen enorm vergemakkelijken. Niet alleen kunnen structuren zorgvuldiger worden opgebouwd, het is nu ook mogelijk om een structuur in verschillende fases op te bouwen en de structuren kunnen opgebroken worden maar kunnen later ook weer aan elkaar gemaakt worden. DNA-functionalisering zorgt ervoor dat microscopisch kleine deeltjes zich spontaan organiseren tot de gewenste macroscopische structuur en kan onder andere gebruikt worden voor zonnecellen en brandstofcelcomponenten.

Mirjam Leunissen voerde haar onderzoek, samen met een team van collega-onderzoekers, uit aan New York University. Zij ontving in 2007 van NWO een subsidie uit het programma Rubicon. Rubicon biedt recent gepromoveerde wetenschappers de mogelijkheid ervaring op te doen aan een buitenlands topinstituut. Leunissen ontving subsidie om twee jaar onderzoek te kunnen doen bij het Center for Soft Matter Research van New York University. Onlangs verscheen er een artikel over Leunissen in het Soft Matter Emerging Investigators issue. Hierin werd zij uitgelicht als een van de prominente jonge onderzoekers die de toekomstige ontwikkeling van het onderzoeksveld van de zachte gecondenseerde materie zullen bepalen. 

Nature publicatie
Het artikel Switchable self-protected attractions in DNA-functionalized colloids van Mirjam E. Leunissen, Remi Dreyfus, Fook Chiong Cheong, David G. Grier, Roujie Sha, Nadrian C. Seeman en Paul M. Chaikin verschijnt op 14 juni om 19.00 uur als Advance Online Publication op de website van Nature Materials.

---
Meer informatie:
Mirjam Leunissen (New York University)
Telefoon: +1 212 998 8580 (werk), +1 212 380 7122 (mobiel),  m.e.leunissen@nyu.edu