Nanostrukturer lavet af DNA

For at en maskine kan udføre arbejde, den har brug for dele, der bevæger sig i forhold til hinanden. Dette gælder også for maskiner i nanoskala. Tyske forskere har nu brugt DNA-molekyler til at lave en komponent i nanoskala, der gør det muligt for to individuelle dele at bevæge sig i forhold til hinanden. Som rapporteret i journalen Angewandte Chemie , denne komponent kan bruges som et molekylært styreleje og kan danne grundlag for mere komplekse systemer.

DNA er et fremragende materiale til nanoskalaen:Det danner en meget stabil ramme, og yderligere komponenter kan fastgøres på ethvert ønsket sted ved at fjerne en streng til brug som et vedhæftningssted. Tilføjelse af funktionelle grupper er heller ikke noget problem. Det er således muligt at bygge komplekse systemer ud fra DNA-molekyler.

Holdet ledet af Michael Famulok ved universitetet i Bonn har valgt at bygge deres bevægelige komponenter som rotaxaner. Disse er en klasse af molekyler, hvor en eller flere molekylære ringe er "trådt" på en akse. De kan bevæge sig frit langs og rundt om aksen og forhindres i at glide af "stoppere". Hvis selve DNA-ringene er bundet til enden af ​​en aksel, ringene kan skrues på en anden aksel og omvendt. I dette tilfælde, propperne består af to indbyrdes sammenflettede DNA-ringe med en sfærisk form. Efter fastgørelse af propper til de frie ender af akslerne, forskerne opnåede to sammenvævede, håndvægt-formede strukturer, der kan bevæge sig frit langs akslerne. Dette gør det muligt at skubbe de to håndvægte mod hinanden lineært langs akslerne. Daisy-kæder dannes på lignende måde, så disse specielle rotaxaner er også kendt som daisy chain rotaxaner.

Hvordan tråder forskerne de to DNA-molekyler sammen? For at opnå dette, Famulok og hans medarbejdere henvendte sig til specifik baseparring. Både i midten af ​​akslerne og et sted på kanten af ​​ringen, de efterlod et "hul" af enkeltstrenget DNA. Sekvenserne af disse enkeltstrenge er komplementære til hinanden. Når de enkeltstrengede områder af ringen og akslen kommer i kontakt med hinanden, de binder sig til hinanden, "limning" af to molekylers ringe og aksler sammen. Hvis kort, enkelte DNA-strenge, der er komplementære til disse regioner, tilføjes derefter, dette "klæbepunkt" mellem aksel og ring frigøres, lader ringen glide langs akslen.

Dette resulterer i en bevægelig struktur, der kan fungere som et molekylært glideleje eller transmission for nanomaskiner. Flere nanoskopiske maskinkomponenter bør følge. Forskerne kan forestille sig en hel række nye komponenter baseret på mekanisk bundet dobbeltstrenget DNA.