Kemikere bruger DNA til at bygge verdens mindste termometer

Forskere ved University of Montreal har skabt et programmerbart DNA-termometer, der er 20, 000 gange mindre end et menneskehår. Dette videnskabelige fremskridt rapporterede i denne uge i tidsskriftet Nano bogstaver kan i væsentlig grad hjælpe vores forståelse af naturlige og menneskeligt designede nanoteknologier ved at gøre det muligt at måle temperatur på nanoskala.

For over 60 år siden, forskere opdagede, at de DNA-molekyler, der koder for vores genetiske information, kan udfolde sig, når de opvarmes. "I de seneste år, biokemikere opdagede også, at biomolekyler såsom proteiner eller RNA (et molekyle, der ligner DNA) bruges som nanotermometre i levende organismer og rapporterer temperaturvariationer ved foldning eller udfoldning, " siger seniorforfatter prof. Alexis Vallée-Bélisle. "Inspireret af disse naturlige nanotermometre, som typisk er 20, 000 gange mindre end et menneskehår, vi har skabt forskellige DNA-strukturer, der kan foldes og foldes ud ved specifikt definerede temperaturer."

En af de vigtigste fordele ved at bruge DNA til at konstruere molekylære termometre er, at DNA-kemien er relativt enkel og programmerbar. "DNA er lavet af fire forskellige monomermolekyler kaldet nukleotider:nukleotid A binder svagt til nukleotid T, hvorimod nukleotid C binder stærkt til nukleotid G, " forklarer David Gareau, første forfatter til undersøgelsen. "Ved at bruge disse enkle designregler er vi i stand til at skabe DNA-strukturer, der foldes og udfoldes ved en specifikt ønsket temperatur." "Ved at tilføje optiske reportere til disse DNA-strukturer, vi kan derfor skabe 5 nm brede termometre, der producerer et let detekterbart signal som funktion af temperaturen, " tilføjer Arnaud Desrosiers, medforfatter til denne undersøgelse.

Disse nanoskala termometre åbner mange spændende veje inden for det nye område af nanoteknologi, og kan endda hjælpe os til bedre at forstå molekylærbiologi. "Der er stadig mange ubesvarede spørgsmål inden for biologi, " tilføjer prof. Vallée-Bélisle, "For eksempel, vi ved, at temperaturen inde i menneskekroppen holdes på 37°C, men vi aner ikke, om der er en stor temperaturvariation på nanoskala inde i hver enkelt celle." Et spørgsmål, der i øjeblikket undersøges af forskerholdet, er at afgøre, om nanomaskiner og nanomotorer udviklet af naturen gennem millioner års evolution også overophedes, når de fungerer kl. høj rate. "I den nærmeste fremtid, vi forestiller os også, at disse DNA-baserede nanotermometre kan implementeres i elektronisk-baserede enheder for at overvåge lokal temperaturvariation på nanoskala, " slutter prof. Vallée-Bélisle.