DNA強化された形状補完ポリヘドラペアリングからの宇宙タイル張りのコロイド結晶

同じ形状のほとんどの個別のポリヘドラナノ構造の空間充填配置を生成することは不可能です。ただし、適切な個別のビルディングブロックが選択されている場合（キューブなど）、または適切な寸法の複数の形状が一致し（例：オクタヘドラやテトラヘドラ）、その後、そのペアリングの相互作用が強制され、スペースに満ちたアーキテクチャが可能になる場合があります。柔軟な分子リガンド（ポリエチレングリコール修飾DNA）を使用すると、多面体ナノ粒子の形状を意図的に変更し、宇宙テッセレーションを好む形状を実現するために使用できます。この作業では、10個の新しいコロイド結晶が、ミクロンスケールの寸法を持つ空間充填アーキテクチャを形成するように設計された形状とサイズが異なるDNA修飾ナノ結晶構成ブロックから合成されました。この新しい戦略によって提供される洞察と機能は、コロイド結晶の範囲を実質的に拡大し、メタマテリアルの設計に関心のある研究者に拡張ツールキットを提供します。

Generating space-filling arrangements of most discrete polyhedra nanostructures of the same shape is not possible. However, if the appropriate individual building blocks are selected (e.g., cubes), or multiple shapes of the appropriate dimensions are matched (e.g., octahedra and tetrahedra) and their pairing interactions are subsequently forced, space-filled architectures may be possible. With flexible molecular ligands (polyethylene glycol-modified DNA), the shape of a polyhedral nanoparticle can be deliberately altered and used to realize geometries that favor space tessellation. In this work, 10 new colloidal crystals were synthesized from DNA-modified nanocrystal building blocks that differed in shapes and sizes, designed to form space-filling architectures with micron-scale dimensions. The insights and capabilities provided by this new strategy substantially expand the scope of colloidal crystals possible and provide an expanded tool kit for researchers interested in designing metamaterials.