211service.com
Bloki konstrukcyjne DNA
Od lat niektórzy badacze sugerowali, że DNA można wykorzystać do tworzenia złożonych samoorganizujących się struktur, a nawet maszyn w nanoskali. Rzeczywiście, powstały już proste kształty, takie jak kostki, i proste urządzenia, takie jak pęseta, wykonane z DNA. Ale sceptycy kwestionowali, czy DNA ma stabilność potrzebną do bardziej zaawansowanych urządzeń.
Teraz naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego opracowali sztywne bloki budulcowe z DNA, które można zaprojektować tak, aby samoorganizowały się w bardziej złożone struktury. Te bloki, które mają kształt piramid, już wykazały swoją przydatność, umożliwiając, zdaniem naukowców, pierwsze pomiary siły, jaką DNA może wytrzymać bez wyboczenia.
Andrew Turberfield, profesor fizyki w Oksfordzie i badacz zaangażowany w tę pracę, mówi, że jest to jeden z nielicznych przykładów wykorzystania nanostruktury DNA, która pozwala zrobić coś, czego wcześniej nie mogłeś zrobić. To nie tylko ładnie wygląda, ale jest naprawdę przydatne.
Nowe pomiary pokazują, że DNA jest stosunkowo silnym materiałem, mówi Chris Dwyer, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Duke University, który pracuje również nad samoorganizacją DNA. To utwierdza argument, że będziemy w stanie wykorzystać samoorganizację DNA do bardziej złożonych struktur.
DNA jest atrakcyjnym materiałem dla samoorganizujących się urządzeń, ponieważ sekwencja jego zasad, które w organizmie pełnią rolę kodu genetycznego, można zaprogramować. Modyfikując ten kod, naukowcy są w stanie kierować sposobem, w jaki pasma będą się łączyć po dodaniu do rozwiązania.
W pracy w Oksfordzie podstawą piramid były cztery nici DNA. Każde pasmo tworzy jedną trójkątną twarz. Krawędzie tych trójkątów mają otwarte sekwencje puzzli, które łączą się z inną krawędzią trójkąta. Gdy te krawędzie się spotykają, trójkąty składają się w kształt piramidy. Po prostu mieszając ze sobą odpowiednią liczbę różnych nici, naukowcy zbudowali biliony piramid – i to w zaledwie kilka sekund.
Te proste konstrukcje mogą okazać się przydatne jako pojemniki, być może do dostarczania leków do organizmu. Ale są to również sztywne struktury, które mogą być punktem wyjścia dla wielu innych, bardziej złożonych struktur. Aby skłonić te cegiełki do złożenia w bardziej złożone struktury, naukowcy z Oksfordu ponownie zwrócili się do DNA. Włączyli luźne nici do struktur z sekwencjami zaprojektowanymi do łączenia się z luźnymi niciami w sąsiednich piramidach.
Do tej pory używali tej techniki tylko do tworzenia par piramid. Ale mówią, że powinno być możliwe połączenie o wiele więcej. Zmieniając użyte sekwencje i miejsce ich umieszczenia w piramidach, na przykład na krawędziach lub w punktach, naukowcy twierdzą, że ich piramidy mogą samoczynnie układać się w różne kształty. Mają nadzieję, że DNA może służyć jako rusztowanie do układania innych materiałów.
To świetny sposób na ułożenie architektury z zasadniczo atomową precyzją, mówi Turberfield, ale aby stworzyć coś w rodzaju użytecznego urządzenia molekularnego, prawie na pewno będziesz chciał połączyć inne rzeczy, na przykład molekularne komponenty elektroniczne, z rusztowaniem, takim jak to zrobić kompletne urządzenie. Takie komponenty mogą obejmować nanoprzewody, które mogą prowadzić do trójwymiarowych obwodów, być może dla gęstych i potężnych komputerów. Mogą również zawierać cząsteczki biologiczne do wykrywania lub fluoryzowania chemikaliów do zastosowań obrazowania.
Największą zaletą tych piramid może być w rzeczywistości ich początkowy brak złożoności. Patrick Doyle, profesor inżynierii chemicznej MIT, który bada dynamikę DNA, mówi, że projekt jest dość elegancki.
W przeszłości trójwymiarowe struktury DNA były budowane w żmudnej serii kroków i ostatecznie produkowały kilka kopii. Jednak te piramidy, które powstają za pomocą ogrzewania, a następnie chłodzenia nici DNA, wymagają tylko jednego kroku, aby się złożyć i uzyskać znacznie wyższe plony.
Jedną z zalet tej struktury jest niezwykła prostota oraz bardzo wysoka wydajność i szybkość syntezy, mówi Turberfield. Jeśli chcesz, aby z klocków można było zrobić wiele innych rzeczy, nie chcesz męczyć się nad budowaniem z klocków – chcesz, aby było to łatwe. Następnie możesz przejść do trudniejszych rzeczy, łącząc je później.