211service.com
DNA byggstenar
I flera år har vissa forskare föreslagit att DNA skulle kunna användas för att skapa komplexa självmonterande strukturer och till och med maskiner i nanoskala. Enkla former, som kuber och enkla enheter, som pincett, gjorda av DNA har faktiskt redan skapats. Men skeptiker har ifrågasatt om DNA har den stabilitet som behövs för mer sofistikerade enheter.
Nu har forskare från University of Oxford utvecklat styva byggstenar ur DNA som kan designas för att självmontera till mer komplexa strukturer. Dessa block, som är formade som pyramider, har redan visat sin användbarhet genom att möjliggöra de första mätningarna av mängden kraft som DNA kan stödja utan att bucklas, enligt forskarna.
Andrew Turberfield, professor i fysik vid Oxford, och en forskare som är involverad i arbetet, säger att det är ett av de mycket få exemplen på användningen av en DNA-nanostruktur för att tillåta dig att faktiskt göra något som du inte kunde göra tidigare. Det ser inte bara vackert ut, det är faktiskt användbart.
De nya mätningarna visar att DNA är ett relativt starkt material, säger Chris Dwyer, professor i el- och datateknik vid Duke University, som också arbetar med DNA-självmontering. Detta befäster argumentet att vi kommer att kunna använda DNA-självmontering för mer komplexa strukturer.
DNA är ett attraktivt material för självmonterade enheter eftersom dess sekvens av baser, som i kroppen fungerar som den genetiska koden, kan programmeras. Genom att justera denna kod kan forskare styra hur trådar kommer att kombineras när de läggs till en lösning.
I arbetet vid Oxford fungerade fyra DNA-strängar som grunden för pyramiderna. Varje sträng utgör en triangulär yta. Kanterna på dessa trianglar har öppna pusselbitsekvenser som binder till en annan kant av en triangel. När dessa kanter möts vikas trianglarna till formen av en pyramid. Helt enkelt genom att blanda ihop rätt antal olika trådar har forskarna byggt biljoner pyramider – och det på bara några sekunder.
Dessa enkla strukturer kan visa sig vara användbara som behållare, kanske för läkemedelstillförsel i kroppen. Men de är också stela strukturer som skulle kunna vara en utgångspunkt för många andra, mer komplexa strukturer. För att få dessa byggstenar att sätta ihop till mer komplexa strukturer vände sig Oxford-forskarna åter till DNA. De inkorporerade lösa strängar i strukturerna med sekvenser utformade för att länka till lösa strängar i närliggande pyramider.
Hittills har de använt denna teknik endast för att bilda par av pyramider. Men de säger att det borde gå att haka ihop många fler. Genom att variera sekvenserna som används och var de är placerade i pyramiderna, till exempel vid kanterna eller punkterna, säger forskarna att deras pyramider kan självmontera i en mängd olika former. De hoppas att DNA lätt kan fungera som en ställning för att ordna andra material.
Det är ett utmärkt sätt att lägga upp en arkitektur med i huvudsak atomär precision, säger Turberfield, men för att göra någon form av användbar molekylär enhet kommer du nästan säkert att vilja koppla andra saker, till exempel molekylära elektroniska komponenter, till byggnadsställningar som detta för att göra en komplett enhet. Sådana komponenter kan inkludera nanotrådar, vilket kan leda till tredimensionella kretsar, kanske för täta och kraftfulla datorer. De kan också innehålla biologiska molekyler för avkänning eller fluorescerande kemikalier för avbildningstillämpningar.
Den största fördelen med dessa pyramider kan faktiskt vara deras initiala brist på komplexitet. Patrick Doyle, professor i kemiteknik vid MIT som studerar DNA:s dynamik, säger att designen är ganska elegant.
Tidigare byggdes tredimensionella DNA-strukturer med en noggrann serie av steg och producerade till slut få kopior. Dessa pyramider, som bildas med hjälp av uppvärmning och sedan kylning av DNA-strängarna, tar dock bara ett steg för att monteras och producerar mycket högre utbyten.
En av fördelarna med denna struktur är den extrema enkelheten och mycket höga utbytet och hastigheten på syntesen, säger Turberfield. Om du vill ha en byggsten att göra många andra saker med, vill du inte slita på byggstenens konstruktion – du vill att det ska vara enkelt. Sedan kan du fortsätta att göra de svårare sakerna, genom att länka det senare.