211service.com
Nanotehnoloģijas “dari pats”.
Lai gan pētnieki jau ir manipulējuši ar atomiem, lai burti būtu pietiekami mazi, lai uz adatas galvā satilptu visi Encyclopedia Britannica vārdi, un ir samontējuši elementārus molekulārus datorus un mašīnas, šie varoņdarbi joprojām ir jaunums, kuru radīšana ir atkarīga no sarežģītām un dārgām metodēm.
Tagad Pols Rotemunds , Caltech datorzinātnieks ar bioloģijas pieredzi, ir izstrādājis salīdzinoši lētu veidu, kā ātri izstrādāt un izveidot patvaļīgas formas un modeļus, izmantojot DNS, un, pēc viņa teiktā, tas ir pietiekami vienkārši, lai to izmantotu vidusskolēni. Tā kā dažādas molekulas un nanodaļiņas var saistīt ar DNS, šī metode varētu būt veids, kā ātri modelēt tik dažādus komponentus kā olbaltumvielas un pusvadītāju nanocaurules, kas, iespējams, novedīs pie sīkām elektroniskām ierīcēm vai ierīcēm šūnu pētīšanai nepieredzētā detalizācijas līmenī.
[Noklikšķiniet šeit, lai iegūtu attēlus ar dažām no šīm pašizveidotajām DNS formām.]
Tas ir patiešām iespaidīgs darbs. Esmu ļoti sajūsmā par to, saka Viljams Šihs , Hārvardas Medicīnas skolas bioloģiskās ķīmijas un molekulārās farmakoloģijas profesors, kurš tagad strādā, lai Rothemunda tehniku paplašinātu, lai izveidotu trīsdimensiju struktūras. Viņš saka, ka Rothemunda darbs ir izmantojis nelielo DNS nanotehnoloģiju jomu un pavēris to par galveno rīku, padarot to par vienu vai divām kārtām lētāku un vieglāk izdarāmu.
Nadrians Zīmans Ņujorkas Universitātes ķīmiķis, kurš bija aizsācējs DNS izmantošanā sarežģītu formu konstruēšanā, saka: Palielinot mērogu, viņš spēj radīt sarežģītākus un lielākus modeļus, nekā tas bija praktiski ar iepriekšējām pieejām. Tas ir aizraujošs sasniegums, kas, iespējams, mainīs modeļa veidošanos šajā mērogā.
Rothemunda metodē gara DNS virkne čūskām uz priekšu un atpakaļ, līdz tā veido vēlamo formu. Atslēga, lai panāktu DNS veidošanos šādā veidā un noturēšanu vietā, ir īsas DNS skavas ar sekvencēm, kas izvēlētas pievienošanai noteiktām garās virknes daļām. Rothemunds sadala garo dzīslu daļās; tad 86. un 112. sadaļai var piestiprināt skava, piemēram, tos saliekot kopā un liekot garajai daļai salocīt. Pāris simti unikālu skavu var salocīt DNS pareizajā formā.
Datorprogramma rūpējas par skavām nepieciešamo secību identificēšanu. Es izstrādāju [struktūru], kuru vēlos datorā, saka Rotemunds. Tas izspļauj 250 DNS sekvenču komplektu. Es tos pasūtu; tie nāk pa pastu mazās caurulēs. Es sajaucu tos kopā [kopā ar garo DNS virkni], pievienoju sāli, uzkarsēju līdz vārīšanās temperatūrai un atdzesēju līdz apmēram istabas temperatūrai, un tad tas ir darīts. Sajaucot kopā, DNS pavedieni saliek sevi vēlamajā struktūrā.
Šādas pašsavienošanās metodes var izmantot, lai izveidotu jebkuru formu vai rakstu, kura diametrs ir 100 nanometri vai mazāks un kuru elementi ir aptuveni 6 nanometru attālumā viens no otra. Salīdzinājumam, sarkano asins šūnu diametrs ir aptuveni 7000 nanometri. Raksts, kurā aprakstīts Rothemunda darbs, šodien tiek publicēts žurnālā Daba demonstrē tehnikas daudzpusību ar smaidošu seju, kvadrātu, trīsstūru un zvaigžņu attēliem ( noklikšķiniet šeit ). Taču Rotemunds uz šīm formām var izveidot arī sarežģītus modeļus, piemēram, viņš ir uzzīmējis 1:200 triljonu mēroga Rietumu puslodes karti, kas varētu ietilpt šūnā.
Pēc Rothemunda teiktā, katras struktūras projektēšana aizņēma apmēram nedēļu. Pēc tam triljoniem eksemplāru pašmontējas tikai dažu stundu laikā – šāds ražošanas ātrums ir viena no īpašībām, kas padara pašmontēšanu tik pievilcīgu.
Tomēr šobrīd šī tehnika ir risinājums problēmas meklējumos. Taču Rotemunds un citi, piemēram, Šihs, sagaida, ka drīzumā parādīsies praktiski pielietojumi, jo pētnieki uzzina, cik vienkārša ir šī tehnika, un atrod veidus, kā to piemērot konkrētām problēmām. Viena iespēja ir elektronisko ierīču modelēšana mazākā mērogā, nekā tas ir iespējams, izmantojot mūsdienu optiskās litogrāfijas metodes. Tomass Labīns Djūka universitātes ķīmiķis un datorzinātnieks, kurš ir izstrādājis citu vispārējas nozīmes DNS pašmontāžas paņēmienu, kas ir nedaudz sarežģītāks un ar zemāku izšķirtspēju nekā Rotemunda, izstrādā viena elektrona tranzistorus ar DNS rakstiem, kas varētu kalpot kā komponenti. šādai ierīcei.
Tomēr, pirms tiek parādītas darba ierīces, kurās tiek izmantota šī metode, ir atlikušas ievērojamas problēmas. Pašmontāžai ir raksturīgs kļūdu līmenis, saka Hārvardas Shih. Atšķirībā no mūsdienu datoriem, piemēram, pašiem samontētiem datoriem būs jāatrod nefunkcionējoši komponenti un jārīkojas ar tiem. Turklāt daudzām lietojumprogrammām būs nepieciešami lielāki modeļi, nekā Rothemunds līdz šim ir izveidojis. Viens no iespējamiem šīs problēmas risinājumiem, ko Rotemunds jau ir mēģinājis ar ierobežotiem panākumiem, ir mazāku formu apvienošana, izmantojot DNS virknes, līdzīgi kā šūnas apvienojas, lai izveidotu organismu, viņš skaidro.
Turklāt, lai gan jaunā tehnika ir pieejama laboratorijām, tā vēl nav pietiekami lēta beztaras materiālu ražošanai. Tomēr jau demonstrētā pašsavienošanās varētu būt praktiska, lai izveidotu nanomasīvus, kas var izmērīt precīzu atsevišķu šūnu saturu, saka Šihs, ļaujot biologiem labāk apgūt atsevišķu šūnu, piemēram, nervu sistēmas šūnu, lomu.
Patiesībā par labāko pielietojumu, iespējams, vēl nav padomāts. Es nejūtos sarūgtināts, ka mēs vēl neesam atraduši šim nolūkam piemērotākās lietojumprogrammas, saka Šihs. Mēs vienkārši neesam spējuši montēt triljonus molekulāri precīzu ierīču. Un tagad pēkšņi mums ir šī metode, kur mēs to varam izdarīt par pieņemamu cenu. Nav skaidrs, kādas būs šīs izmaksas, taču mēs visi jūtam, ka tie ir.
Loids Smits , ķīmiķis no Viskonsinas Universitātes Medisonā un komentāra autors par darbu Daba , rakstīja, Mūs tagad varbūt vairāk ierobežo mūsu iztēle, nevis spējas.