Nanoteknik

DNA Origami
Enkel syntes kan ge nanoskala design till massorna.





Källa: Vikning av DNA för att skapa former och mönster i nanoskala
P. W. K. Rothemund
Natur 440 (7082): 297-302

Inuti spionprogramskandalen

Den här historien var en del av vårt majnummer 2006

  • Se resten av frågan
  • Prenumerera

Resultat: Paul Rothemund, en datavetare från Caltech, har utvecklat en enkel teknik för att bygga tvådimensionella strukturer i nanometerskala av vilken form eller mönster som helst från DNA. Hittills har han gjort bland annat smileys, bokstäverna DNA och en karta över det västra halvklotet. Dessa strukturer kan också kombineras för att bilda större former. Eftersom formerna självmonteras i lösning kan miljarder av dem tillverkas på en gång.



Varför det är viktigt: DNA är ett mångsidigt råmaterial för strukturer i nanoskala. Men tidigare metoder för att använda DNA som en nanobyggsten var långsamma, arbetsintensiva och dyra, vilket begränsade deras användning till en handfull labb. Den nya tekniken är enkel och billig nog för utbredd användning, säger Rothemund. Eftersom en mängd olika molekyler och nanopartiklar kan kopplas till DNA, kan tekniken vara ett sätt att snabbt mönstra molekyler så olika som proteiner och kolnanorör, vilket möjligen kan leda till små elektroniska enheter eller nanoarrayer för att studera celler på en aldrig tidigare skådad detaljnivå.

Metoder: Rothemund börjar med en lösning som innehåller långa DNA-strängar med en känd sekvens. Han lägger sedan till hundratals olika korta häftsträngar, var och en med en sekvens utformad för att haka fast på två eller tre specifika sektioner av den långa strängen. När häftklamrarna ansluts drar de samman dessa sektioner, vilket gör att den långa tråden vikas till önskad form.

Nästa steg: Att använda tekniken för att tillverka elektronik kommer att kräva uppfinningen av en motsvarighet i nanoskala till transistorn. Dessutom, eftersom alla självmonteringsprocesser är benägna att fel, kommer ingenjörer behöva utveckla feltoleranta datorarkitekturer. För biologiska tillämpningar, såsom sensorer som bestämmer typen av proteiner i en viss cell, måste forskare hitta ett tillförlitligt sätt att läsa signaler som överförs av de små enheterna. Rothemund förväntar sig att de bästa tillämpningarna av den nya tekniken ännu inte har föreställts.



Sticka nerver tillbaka tillsammans
Nanofibrer tillåter skadad hjärna och ryggradsvävnad att reparera sig själv.

Källa: 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

Resultat: Med hjälp av självmonterande nanomaterial har MIT-forskare återställt synen på hjärnskadade gnagare. Efter att ha skurit igenom en struktur i hamstrars hjärnor som är nödvändig för synen, injicerade neuroforskaren Rutledge Ellis-Behnke och hans kollegor djuren med en lösning som innehöll korta kedjor av aminosyror, kallade peptider, som när de kommer i kontakt med hjärnvätskor samlas till fibrer i nanoskala. Det resulterande nätet av fibrer överbryggar gapet som snittet lämnar och förhindrar att ärrvävnad bildas, vilket gör att nervceller kan växa ut igen och återupprätta signalvägar före skadan. Sjuttiofem procent av vuxna hamstrar som behandlades med tekniken fick tillräckligt med syn för att upptäcka och vända sig mot mat.



Varför det är viktigt: Ryggmärgs- och hjärnskador från olyckor, stroke och sjukdomar påverkar miljontals amerikaner; många av dessa människor återfår aldrig förlorade förmågor och funktioner, till stor del för att ärrvävnad och hämmande kemikalier hindrar skadad vävnad från att läka. Åtminstone över korta avstånd verkar det experimentella nanomaterialet övervinna dessa problem i neural vävnad. Nanomaterialet tillåter nervceller att växa och återupprätta förbindelser, vilket kan återställa mänskliga patienters förlorade förmåga att gå eller prata, även när det återställde synen i dessa experiment.

Metoder: I separata experiment på unga och vuxna hamstrar skär forskarna igenom en hjärnstruktur som kallas det optiska spåret, som förmedlar visuella signaler och på så sätt förblindar hamstrarna i ena ögat. Strax efter att snittet gjorts fick kontrolldjuren en injektion av saltlösning vid platsen för skadan och testdjuren fick en injektion av peptiderna. Forskarna testade sedan djuren för förmågan att se och vända sig mot solrosfrön och efter att ha avlivat dem undersökte de deras hjärnvävnad för att mäta återväxten av nervceller.

Nästa steg: Om stora djurstudier går bra kan behandlingen testas på människor med början inom tre år. Samtidigt utvecklar forskarna sätt att påskynda nervåterväxt, med målet att återansluta avlägsna områden i hjärnan och ryggmärgen åtskilda av större skador.



Dölj