Forskere skaber alsidige 3D -nanostrukturer ved hjælp af DNA -mursten (m/ video)

Forskere ved Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard University har skabt mere end 100 tredimensionelle (3D) nanostrukturer ved hjælp af DNA-byggesten, der fungerer som Lego®-klodser-et stort fremskridt fra de todimensionale (2D) strukturer det samme team bygget for et par måneder siden.

Træde i kræft, forskuddet betyder, at forskere lige gik fra at kunne bygge en flad væg af Legos®, at bygge et hus. Den nye metode, fremhævet som en forskningsartikel i 30. november -udgaven af Videnskab , er det næste skridt mod at bruge DNA -nanoteknologier til mere sofistikerede applikationer end nogensinde før, såsom "smart" medicinsk udstyr, der selektivt retter medicin mod sygdomssteder, programmerbare billeddannelsesprober, skabeloner til præcist at arrangere uorganiske materialer til fremstilling af næste generations computerkredsløb, og mere.

Nanofabrikationsteknikken, kaldet "DNA-mursten selvsamling, "bruger kort, syntetiske DNA -tråde, der fungerer som sammenlåsning af Lego® klodser. Det udnytter evnen til at programmere DNA til formning i foruddesignede former takket være den underliggende "opskrift" af DNA -basepar:A (adenosin) binder sig kun til T (thymin) og C (cytosin) binder sig kun til G (guanin).

Tidligere i år, Wyss -teamet rapporterede i Natur hvordan de kunne skabe en samling af 2D -former ved at stable en DNA -mursten (42 baser i længden) på en anden.

Men der er et "twist" i den nye metode, der kræves for at bygge i 3D.

Tricket er at starte med en endnu mindre DNA -mursten (32 baser i længden), som ændrer orienteringen af ​​hvert matchet par mursten til en vinkel på 90 grader-hvilket giver hver to Legos® en 3D-form. På denne måde, holdet kan bruge disse klodser til at bygge "ud" ud over "op, "og til sidst danne 3D -strukturer, såsom en 25-nanometer solid terning, der indeholder hundredvis af mursten. Terningen bliver et "master" DNA "molekylært lærred"; I dette tilfælde, lærredet bestod af 1000 såkaldte "voxels, ", der svarer til otte basepar og måler omkring 2,5 nanometer i størrelse-hvilket betyder, at dette er arkitektur i det mindste.

Master -lærredet er, hvor modulariteten kommer ind:ved blot at vælge undersæt af specifikke DNA -mursten fra den store kubiske struktur, holdet byggede 102 3D -strukturer med sofistikerede overfladeegenskaber, samt indviklede indvendige hulrum og tunneler.

"Dette er en enkel, alsidig og robust metode, "siger Peng Yin, Ph.d., Wyss kernefakultetsmedlem og seniorforfatter på undersøgelsen.

En anden metode, der bruges til at bygge 3D -strukturer, kaldet DNA origami, er sværere at bruge til at bygge komplekse former, Yin sagde, fordi den er afhængig af en lang "stillads" streng af DNA, der foldes for at interagere med hundredvis af kortere "hæfteklammer" - og hver ny form kræver en ny stillads routingsstrategi og dermed nye hæfteklammer. I modsætning, DNA -murstenmetoden bruger ikke nogen stilladsstreng og har derfor en modulær arkitektur; hver mursten kan tilføjes eller fjernes uafhængigt.

"Vi bevæger os lynhurtigt i vores evne til at udtænke stadig kraftigere måder at bruge biokompatible DNA -molekyler som strukturelle byggesten til nanoteknologi, som kunne have stor værdi for medicin såvel som ikke-medicinske anvendelser, "siger Wyss Institutes grundlægger, Don Ingber, M.D., Ph.d.