211service.com
Nanokonstrukcija ar izliektu DNS
DNS nanotehnoloģijas izmanto DNS molekulu unikālās fizikālās īpašības, lai izstrādātu un izveidotu nanomēroga struktūras, ar cerību kādu dienu izveidot sīkas mašīnas, kas darbojas kopā tāpat kā šūnas daļas. Taču viens no nozares izaicinājumiem ir atrast veidus, kā ar augstu precizitāti projektēt un konstruēt DNS struktūras. Nesenais pētījums, kas publicēts Zinātne iezīmē izrāvienu pētnieku spējā veidot DNS; tajā ir aprakstīts veids, kā ar nepieredzētu precizitāti izveidot trīsdimensiju DNS formas ar sarežģītiem pagriezieniem un līknēm, ko izstrādājuši Hārvarda un Minhenes Tehniskās universitātes zinātnieki Vācijā.
Fiksēts pārnesums: Jauna metode trīsdimensiju formu projektēšanai no DNS ļauj izveidot izliektas daļas, tostarp šo nanomēroga zobratu ar divpadsmit zobiem.
Hao Jans , Arizonas štata universitātes bioķīmijas profesors, kurš nebija iesaistīts pētījumā, saka, ka darbs pievieno galveno kontroles līmeni pār iepriekšējām metodēm. Es domāju, ka mēs varam teikt, ka ir iespējams izveidot jebkāda veida arhitektūru, izmantojot DNS, viņš saka.
Galvenā priekšrocība, izmantojot DNS kā celtniecības materiālu, ir tā programmējamība. DNS molekulas sastāv no četru veidu saistītu nukleotīdu bāzu virknēm: A, T, G un C. Šīs bāzes pielīp pie bāzēm citā DNS virknē, ievērojot vienkāršu noteikumu: A savienojas pāri ar T un C pāri ar G. Izveidojot DNS sekvences ar komplementārām bāzēm dažādās virknēs, tāpēc ir iespējams izstrādāt DNS molekulas, kas paši saliekas noteiktās formās saskaņā ar paredzamiem noteikumiem.
Iepriekšējā darbā tika izmantota metode, ko sauc par DNS origami, lai no DNS izstrādātu divdimensiju formas; turpmākie pētījumi ir balstīti uz šo pieeju, lai izveidotu formas trīs dimensijās. DNS origami izmanto vienu ļoti garu DNS virkni, ko sauc par sastatnēm, un simtiem īsāku pavedienu, ko sauc par skavām. Skavas piestiprinās pie sastatnēm noteiktās vietās, pamatojoties uz to secību, saspiežot sastatnes un liekot tai vairākas reizes dubultoties, lai izveidotu loksni noteiktā formā.
The Zinātne pētījums paplašina tās pašas pētnieku komandas darbu, pielāgojot DNS origami metodi, lai izveidotu sarežģītākas trīsdimensiju formas. Iepriekš komanda izstrādāja DNS, lai šūnveida režģī veidotu spirāles, kas savienotas ar šķērssaistītām štāpeļšķiedrām. Pašreizējā pētījumā pētnieki šajās formās ieviesa līkumus un pagriezienus, pievienojot vai dzēšot pamatnes noteiktos sastatņu punktos, mainot vietējos spēkus, ko spirāles iedarbojas uz otru, un piespiežot visu struktūru izliekties pa labi vai pa kreisi. Viņi atklāja, ka viņi var kontrolēt izliekuma pakāpi ar lielu precizitāti, panākot asus līkumus, kas līdzīgi šūnās atrodamajām cieši ievainotajām DNS līkumiem.
Pētnieki izveidoja objektus, tostarp nanomēroga zobratus, stiepļu karkasa pludmales bumbiņas formas kapsulu un trīsstūrus ar ieliektām vai izliektām malām. Šons Duglass , Hārvardas universitātes līdzautors, izstrādāja publiski pieejamu datorizētu projektēšanas programmu, kas var kalpot kā vizuāls interfeiss DNS formu projektēšanai.
Saliekamās molekulas: DNS spirāļu saišķi (augšējā rinda) var likt saliekties precīzos leņķos (pārējās rindas), ievadot vai dzēšot DNS secībā bāzes pārus.
Viljams Šihs , pētījuma līdzautors un bioloģiskās ķīmijas un molekulārās farmakoloģijas docents Hārvardas Medicīnas skola, saka, ka spēja veidot izliektas struktūras pievieno svarīgu elementu DNS nanozinātnes rīku komplektam. Viņš norāda, ka tādi objekti kā gredzeni, atsperes un zobrati ir svarīgi mašīnām makro mērogā, savukārt šūnās ir arī elementi ar izliektām daļām, kas liecina, ka šīs īpašības ir svarīgas nanomērogā. Ja mums nebūtu šīs vispārējās veidošanas iespējas, mēs būtu vāji spējīgi izveidot noderīgas ierīces, viņš saka.
Čende Mao , Purdue universitātes analītiskās ķīmijas asociētais profesors, sasniegumu sauc par pārsteidzošu un saka, ka viņa paša laboratorija ir mēģinājusi izveidot līdzīgas struktūras un cieta neveiksmi. Viņš saka ne tikai to, ka darbs parāda, ka DNS var savīties un saliekt līdz galējām pakāpēm, bet arī to, ka viena no jaukajām lietām ir tā, ka tā ir patiešām gluda, turpretī citi mēģinājumi ir radījuši formas, kas ir piksilētas.
Tehnikas praktiskie pielietojumi joprojām ir neskaidri, taču ir daudz iespēju. Tā kā DNS formas, kas aprakstītas Zinātne papīrs ir vidēja vīrusa lielumā, Shih saka, ka tie, iespējams, varētu būt paredzēti, lai iekļūtu šūnā kā vīruss, lai atbrīvotu zāles. DNS daļas var izmantot arī molekulārās elektronikas projektēšanai, kas kādreiz varētu piedāvāt jaunu miniaturizācijas līmeni ātrākiem datoriem.
Jans saka, ka pētījums papildina iespaidīgās DNS spējas, taču piebilst, ka zinātniekiem ir jāturpina pētīt šīs struktūras, lai noskaidrotu, cik tās ir stabilas un cik labi tās noturas laika gaitā.