Nanotehnoloģijas

DNS origami
Vienkārša sintēze varētu sniegt nanomēroga dizainu masām.

Avots: DNS locīšana, lai izveidotu nanomēroga formas un modeļus
P. W. K. Rotemunds
Daba 440 (7082): 297-302

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2006. gada maija numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Rezultāti: Pols Rotemunds, Caltech datorzinātnieks, ir izstrādājis vienkāršu paņēmienu, lai no DNS izveidotu jebkuras formas vai raksta nanometru mēroga divdimensiju struktūras. Līdz šim viņš, cita starpā, ir veidojis smaidošas sejas, burtus DNS un Rietumu puslodes karti. Šīs struktūras var arī apvienot, veidojot lielākas formas. Tā kā formas šķīdumā saliekas, tās var izgatavot vienlaikus miljardiem.

Kāpēc tas ir svarīgi: DNS ir daudzpusīgs izejmateriāls nanomēroga struktūrām. Taču iepriekšējās metodes, kā izmantot DNS kā nanoelementu, bija lēnas, darbietilpīgas un dārgas, kas ierobežoja to izmantošanu tikai nedaudzās laboratorijās. Jaunā tehnika ir pietiekami vienkārša un lēta plašai lietošanai, saka Rotemunds. Tā kā ar DNS var saistīt dažādas molekulas un nanodaļiņas, šī metode varētu būt veids, kā ātri modelēt tik dažādas molekulas kā olbaltumvielas un oglekļa nanocaurules, kas, iespējams, novedīs pie sīkām elektroniskām ierīcēm vai nanomasīviem, lai pētītu šūnas vēl nebijušā detalizācijas līmenī.

Metodes: Rotemunds sākas ar šķīdumu, kas satur garas DNS virknes ar zināmu secību. Pēc tam viņš pievieno simtiem dažādu īsu štāpeļšķiedru šķipsnu, katra ar secību, kas paredzēta, lai pieslēgtos divām vai trim noteiktām garās daļas daļām. Kad skavas savienojas, tās savelk šīs daļas kopā, liekot garajai šķipsnai salocīties vajadzīgajā formā.

Nākamais solis: Izmantojot tehniku, lai izveidotu elektroniku, būs jāizgudro tranzistora nanomēroga ekvivalents. Turklāt, tā kā jebkurš pašmontāžas process ir pakļauts kļūdām, inženieriem būs jāizstrādā kļūmēm izturīgas datoru arhitektūras. Bioloģiskiem lietojumiem, piemēram, sensoriem, kas nosaka proteīnu veidus konkrētā šūnā, pētniekiem būs jāatrod uzticams veids, kā nolasīt signālus, ko pārraida nelielas ierīces. Rotemunds sagaida, ka vislabākie jaunās tehnikas pielietojumi vēl ir jāiztēlojas.

Nervu adīšana kopā
Nanošķiedras ļauj ievainotajiem smadzeņu un mugurkaula audiem atjaunoties.

Avots: Nano Neuro Knitting: Peptīdu nanošķiedras sastatnes smadzeņu atjaunošanai un aksonu atjaunošanai ar funkcionālu redzes atjaunošanu
Rutledge Ellis-Behnke et al.
Proceedings of the National Academy of Sciences 103 (13): 5054-5059

Rezultāti: Izmantojot pašmontējošos nanomateriālus, MIT pētnieki ir atjaunojuši smadzeņu bojāto grauzēju redzi. Pēc redzei nepieciešamās struktūras izciršanas kāmju smadzenēs neirozinātnieks Rutledžs Eliss-Behnke un kolēģi injicēja dzīvniekiem šķīdumu, kas satur īsas aminoskābju ķēdes, ko sauc par peptīdiem, kas, nonākot saskarē ar smadzeņu šķidrumiem, saplūst nanomēroga šķiedrās. Iegūtais šķiedru tīkls aizpilda griezuma atstāto spraugu un novērš rētaudu veidošanos, tādējādi ļaujot neironiem atjaunoties un atjaunot pirmstrauma signālu ceļus. Septiņdesmit pieci procenti pieaugušo kāmju, kuri tika ārstēti ar šo metodi, atguva pietiekami daudz redzes, lai noteiktu un pievērstos ēdienam.

Kāpēc tas ir svarīgi: Negadījumu, insultu un slimību izraisītas muguras smadzeņu un smadzeņu traumas skar miljoniem amerikāņu; daudzi no šiem cilvēkiem nekad neatgūst zaudētās spējas un funkcijas, galvenokārt tāpēc, ka rētaudi un inhibējošās ķīmiskās vielas neļauj bojātajiem audiem dziedēt. Šķiet, ka vismaz nelielos attālumos eksperimentālais nanomateriāls pārvar šīs problēmas nervu audos. Nanomateriāls ļauj nervu šūnām augt un atjaunot savienojumus, kas varētu atjaunot cilvēku pacientu zaudētās spējas staigāt vai runāt, pat ja šajos eksperimentos tas atjaunoja redzi.

Metodes: Atsevišķos eksperimentos ar jauniem un pieaugušiem kāmjiem pētnieki izgrieza smadzeņu struktūru, ko sauc par optisko celiņu, kas pārraida vizuālos signālus, tādējādi padarot kāmjus aklus vienā acī. Drīz pēc griezuma veikšanas kontroles dzīvnieki traumas vietā saņēma fizioloģiskā šķīduma injekciju, bet testa dzīvnieki saņēma peptīdu injekciju. Pēc tam pētnieki pārbaudīja dzīvnieku spēju redzēt un pagriezties pret saulespuķu sēklām, un pēc to eitanāzijas pārbaudīja viņu smadzeņu audus, lai noteiktu neironu atjaunošanos.

Nākamais solis: Ja pētījumi ar lieliem dzīvniekiem norit labi, ārstēšanu varētu pārbaudīt cilvēkiem, sākot trīs gadu laikā. Tikmēr pētnieki izstrādā veidus, kā paātrināt nervu atjaunošanos, lai atkal savienotu attālos smadzeņu un muguras smadzeņu apgabalus, kurus atdala lielāki ievainojumi.

paslēpties