Stivning af rygraden i DNA -nanofibre

Et internationalt samarbejde, der omfatter forskere fra NIST Center for Nanoscale Science and Technology og Universidad San Francisco de Quito, Ecuador har fremstillet en selvsamlet nanofiber fra en DNA-byggesten, der indeholder både duplex (tostrenget) og firdobbelt (firestrenget) DNA. Dette arbejde er et første skridt i retning af oprettelsen af ​​nye strukturelt heterogene (quadruplex/duplex), alligevel kontrollerbar, DNA-baserede materialer, der udviser nye egenskaber, der er egnede til selvmontering fra bund til top til nanofabrikation, herunder selvorganisering af både uorganiske materialer (nanopartikler) og molekylære elektroniske komponenter.

De nye nanofibre er konstrueret af duplex -DNA -forstadier, der først danner quadruplex -DNA i nærvær af kaliumioner og derefter forbinder hinanden for at danne en fiber. DNA -quadruplekser er usædvanlige strukturer, der kan dannes fra DNA -sekvenser, der er rige på nukleotidguaninet. Hver streng i duplex DNA -forløberen indeholder en intern kørsel på otte guaniner, som skaber en region med guanin-guanin-uoverensstemmelser, plus et segment, der strækker sig forbi dupleksområdet for at skabe et enkeltstrenget udhæng. Når kaliumioner tilsættes, duplex-forstadierne samler sig selv i firdupleksstrukturer, og derefter i duplex/quadruplex fibre. Disse fibre blev påvist i bulk under anvendelse af elektrospraymassespektrometri og gelelektroforese. Enkeltmolekyleanalyse ved hjælp af atomkraftmikroskopi afslørede fiberlængder fra 250 nm til 2000 nm. Fordi interaktion mellem fire DNA -strenge finder sted i nogle fibersegmenter, de endelige strukturer ser ud til at være stivere end DNA-baserede strukturer bygget af duplex-kun underenheder. Denne øgede stivhed skulle føre til forbedret DNA -mønster til nanoteknologiske applikationer. I modsætning til DNA origami og DNA -flisestrukturer, der udelukkende er baseret på duplex -DNA, forskerne mener, at ved at variere sekvensen af ​​duplex- og quadruplex -underenheder vil de i sidste ende være i stand til at oprette DNA -byggesten, der forbliver intakte ved temperaturer fra stuetemperatur til 100 ºC.

Ifølge CNST -projektleder Veronika Szalai, dette arbejde vil muliggøre fremtidig integration med andre programmerbare selvmonteringsmetoder såsom DNA origami, såvel som med andre nanomaterialekomponenter såsom kvantepunkter, at skabe nye multifunktionelle biologisk baserede nanomaterialer.