DNA byggesten

I årevis har nogle forskere foreslået, at DNA kunne bruges til at skabe komplekse selvsamlende strukturer og endda maskiner i nanoskala. Faktisk er simple former, såsom terninger, og simple enheder, såsom pincet, lavet af DNA allerede blevet skabt. Men skeptikere har stillet spørgsmålstegn ved, om DNA har den nødvendige stabilitet til mere sofistikerede enheder.

Nu har forskere fra University of Oxford udviklet stive byggeklodser ud af DNA, der kan designes til selv at samles til mere komplekse strukturer. Disse blokke, der er formet som pyramider, har allerede vist deres anvendelighed ved at muliggøre de første målinger af mængden af ​​kraft, som DNA kan understøtte uden at knække, ifølge forskerne.

Andrew Turberfield, professor i fysik ved Oxford, og en forsker involveret i arbejdet, siger, at det er et af de meget få eksempler på brugen af ​​en DNA-nanostruktur for at give dig mulighed for rent faktisk at gøre noget, som du ikke kunne gøre før. Det ser ikke bare smukt ud, det er faktisk nyttigt.

De nye målinger viser, at DNA er et relativt stærkt materiale, siger Chris Dwyer, professor i elektro- og computerteknik ved Duke University, som også arbejder med DNA-selvsamling. Dette styrker argumentet om, at vi vil være i stand til at bruge DNA-selvsamling til mere komplekse strukturer.

DNA er et attraktivt materiale til selvsamlede enheder, fordi dets sekvens af baser, som i kroppen tjener som den genetiske kode, kan programmeres. Ved at justere denne kode er forskere i stand til at styre, hvordan tråde vil kombineres, når de føjes til en løsning.

I arbejdet i Oxford fungerede fire DNA-strenge som grundlag for pyramiderne. Hver streng udgør en trekantet flade. Kanterne på disse trekanter har åbne puslespilsbrikker, der binder sig til en anden kant af en trekant. Når disse kanter mødes, foldes trekanter i form af en pyramide. Blot ved at blande det rigtige antal forskellige tråde sammen har forskerne bygget billioner af pyramider – og det på få sekunder.

Disse simple strukturer kan vise sig at være nyttige som beholdere, måske til lægemiddellevering i kroppen. Men de er også stive strukturer, der kunne være et udgangspunkt for mange andre, mere komplekse strukturer. For at få disse byggesten til at samle sig til mere komplekse strukturer, vendte Oxford-forskerne sig igen til DNA. De inkorporerede løse tråde i strukturerne med sekvenser designet til at linke til løse tråde i nabopyramider.

Indtil videre har de kun brugt denne teknik til at danne par af pyramider. Men de siger, at det burde være muligt at hægte mange flere sammen. Ved at variere de anvendte sekvenser, og hvor de er placeret i pyramiderne, såsom ved kanterne eller punkterne, siger forskerne, at deres pyramider kan samle sig selv i en række forskellige former. De håber, at DNA let kan tjene som et stillads til at arrangere andre materialer.

Det er en fantastisk måde at udforme en arkitektur med i det væsentlige atomær præcision, siger Turberfield, men for at lave en slags nyttig molekylær enhed, vil du næsten helt sikkert gerne forbinde andre ting, for eksempel molekylære elektroniske komponenter, til stilladser som f.eks. dette for at lave en komplet enhed. Sådanne komponenter kunne omfatte nanotråde, som kunne føre til tredimensionelle kredsløb, måske for tætte og kraftige computere. De kan også inkorporere biologiske molekyler til sensing eller fluorescerende kemikalier til billeddannelsesapplikationer.

Den største fordel ved disse pyramider kan faktisk være deres oprindelige mangel på kompleksitet. Patrick Doyle, en professor i kemiingeniør ved MIT, der studerer dynamikken i DNA, siger, at designet er ret elegant.

Tidligere blev tredimensionelle DNA-strukturer bygget med en omhyggelig række af trin, og de producerede i sidste ende få kopier. Disse pyramider, som er dannet ved hjælp af opvarmning og derefter afkøling af DNA-strengene, tager kun et skridt for at samle sig og producerer meget højere udbytter.

En af fordelene ved denne struktur er den ekstreme enkelhed og meget høje udbytte og syntesehastighed, siger Turberfield. Hvis du vil have en byggeklods til at lave en masse andre ting med, vil du ikke slide med konstruktionen af ​​byggeklodsen - du vil have, at det skal være nemt. Så kan du fortsætte med at gøre de sværere ting ved at linke det senere.

skjule