Nanoteknologi

DNA Origami
Simpel syntese kunne bringe design i nanoskala til masserne.



Kilde: Folding af DNA for at skabe former og mønstre i nanoskala
P. W. K. Rothemund
Natur 440 (7082): 297-302

Inde i spywareskandalen

Denne historie var en del af vores maj 2006-udgave



  • Se resten af ​​problemet
  • Abonner

Resultater: Paul Rothemund, en Caltech-datamatiker, har udviklet en simpel teknik til at bygge nanometerskala, todimensionelle strukturer af enhver form eller mønster fra DNA. Indtil videre har han blandt andet lavet smileys, bogstaverne DNA og et kort over den vestlige halvkugle. Disse strukturer kan også kombineres til at danne større former. Da formerne samler sig selv i opløsning, kan milliarder af dem laves på én gang.



Hvorfor det betyder noget: DNA er et alsidigt råmateriale til strukturer i nanoskala. Men tidligere metoder til at bruge DNA som en nano-byggesten var langsomme, arbejdskrævende og dyre, hvilket begrænsede deres brug til en håndfuld laboratorier. Den nye teknik er enkel og billig nok til udbredt brug, siger Rothemund. Da en række forskellige molekyler og nanopartikler kan kobles til DNA, kunne teknikken være en måde at hurtigt mønstre molekyler så forskellige som proteiner og kulstofnanorør, hvilket muligvis kan føre til minutiøse elektroniske enheder eller nanoarrays til at studere celler på et hidtil uset detaljeringsniveau.

Metoder: Rothemund begynder med en opløsning, der indeholder lange DNA-strenge med en kendt sekvens. Han tilføjer derefter hundredvis af forskellige korte hæftestrenge, hver med en sekvens designet til at låse på to eller tre specifikke sektioner af den lange streng. Når hæfteklammerne forbindes, trækker de disse sektioner sammen, hvilket får den lange streng til at foldes til den ønskede form.

Næste skridt: Brug af teknikken til at lave elektronik vil kræve opfindelsen af ​​en nanoskala-ækvivalent til transistoren. Da enhver selvsamlingsproces er tilbøjelig til fejl, bliver ingeniører også nødt til at udvikle fejltolerante computerarkitekturer. Til biologiske applikationer, såsom sensorer, der bestemmer typen af ​​proteiner i en bestemt celle, bliver forskere nødt til at finde en pålidelig måde at læse signaler, der transmitteres af de små enheder. Rothemund forventer, at de bedste anvendelser af den nye teknik endnu mangler at blive forestillet.



Strikke nerver sammen igen
Nanofibre tillader skadet hjerne og rygvæv at reparere sig selv.

Kilde: Nano Neuro Knitting: Peptide Nanofiber Scaffold for Brain Repair and Axon Regeneration with Functional Return of Vision
Rutledge Ellis-Behnke et al.
Proceedings of the National Academy of Sciences 103 (13): 5054-5059

Resultater: Ved hjælp af selvsamlende nanomaterialer har MIT-forskere genoprettet synet af hjerneskadede gnavere. Efter at have skåret gennem en struktur i hamsters hjerner, der er nødvendig for synet, injicerede neuroforsker Rutledge Ellis-Behnke og kolleger dyrene med en opløsning, der indeholdt korte kæder af aminosyrer, kaldet peptider, som, når de er i kontakt med hjernevæsker, samles til fibre i nanoskala. Den resulterende maske af fibre bygger bro over det mellemrum, som snittet efterlader, og forhindrer arvæv i at dannes, hvilket tillader neuroner at vokse igen og genskabe signalveje før skaden. 75 procent af voksne hamstere, der blev behandlet med teknikken, fik synet nok til at opdage og vende sig mod mad.



Hvorfor det betyder noget: Rygmarvs- og hjerneskader fra ulykker, slagtilfælde og sygdom påvirker millioner af amerikanere; mange af disse mennesker genvinder aldrig tabte evner og funktioner, hovedsagelig fordi arvæv og hæmmende kemikalier forhindrer beskadiget væv i at hele. I det mindste over korte afstande ser det eksperimentelle nanomateriale ud til at overvinde disse problemer i neuralt væv. Nanomaterialet tillader nerveceller at vokse og genetablere forbindelser, hvilket kunne genoprette menneskelige patienters tabte evner til at gå eller tale, selvom det genoprettede synet i disse eksperimenter.

Metoder: I separate forsøg på unge og voksne hamstere skar forskerne igennem en hjernestruktur kaldet det optiske spor, som formidler visuelle signaler og dermed blænder hamsterne i det ene øje. Kort efter snittet blev lavet, modtog kontroldyrene en injektion af saltvand på skadestedet, og forsøgsdyrene fik en injektion af peptiderne. Forskerne testede derefter dyrene for evnen til at se og vende sig mod solsikkefrø, og efter at have aflivet dem, undersøgte de deres hjernevæv for at måle genvæksten af ​​neuroner.

Næste skridt: Hvis undersøgelser med store dyr går godt, kan behandlingen afprøves på mennesker med start inden for tre år. I mellemtiden er forskerne ved at udvikle måder til at fremskynde genvækst af nerver med det mål at genforbinde fjerne områder af hjernen og rygmarven adskilt af større skader.



skjule