Optaget på video:DNA-nanorør bygger en bro mellem to molekylære stolper

I en mikroskopisk bedrift, der lignede en high-wire cirkusakt, Johns Hopkins-forskere har lokket DNA-nanorør til at samle sig selv i brolignende strukturer buet mellem to molekylære vartegn på overfladen af ​​en laboratoriefad.

Holdet fangede eksempler på denne usædvanlige præstation i nanoskala på video.

Denne selvsamlende broproces, som en dag kan blive brugt til at forbinde elektronisk medicinsk udstyr til levende celler, blev rapporteret af holdet for nylig i journalen Natur nanoteknologi .

For at beskrive denne proces, seniorforfatter Rebecca Schulman, en assisterende professor i kemisk og biomolekylær teknik ved universitetets Whiting School of Engineering, henvist til et dødsforagtende stunt vist i filmen "Man on Wire". Filmen skildrede Philippe Petits 1974 high-wire-vandring mellem World Trade Centers tvillingetårne.

Schulman påpegede, at den virkelige krydsning ikke kunne have været gennemført uden et kritisk stykke gammeldags teknik:Petits skjulte partner brugte en bue og pil til at sende ledningen hen over kløften mellem tårnene, gør det muligt at fastgøre den til hver struktur.

"En bedrift som den var svær at udføre på menneskelig skala, " sagde Schulman. "Kan vi bede molekyler om at gøre det samme? Kunne vi få molekyler til at bygge en 'bro' mellem andre molekyler eller vartegn på eksisterende strukturer?"

Avisens hovedforfatter, Abdul Mohammed, en postdoc i Schulmans laboratorium, brugt en anden analogi til at beskrive den molekylære brobygnings bedrift, de demonstrerede på nanoskala niveau. "Hvis denne proces skulle ske på menneskelig skala, " sagde Mohammed, "det ville være som en person, der kaster en fiskeline fra den ene side af en fodboldbane og forsøger at kroge en person, der står på den anden side."

For at udføre denne opgave, forskerne henvendte sig til DNA-nanorør. Disse mikroskopiske byggesten, dannet af korte sekvenser af syntetisk DNA, er blevet populære materialer i det nye nanoteknologiske byggefelt. Sekvenserne er særligt nyttige på grund af deres evne til at samle sig selv i lange, rørlignende strukturer kendt som DNA-nanorør.

I Johns Hopkins-undersøgelsen, disse byggeklodser fæstnet sig til separate molekylære ankerpæle, repræsenterer hvor forbindelsesbroen ville begynde og slutte. Segmenterne dannede to nanorørkæder, hver strækker sig væk fra sin ankerstolpe. Derefter, som spaghetti i en gryde med kogende vand, de forlængede nanorørskæder vred sig rundt, udforske deres omgivelser på en tilfældig måde. Til sidst, denne bevægelse gjorde det muligt for enderne af de to separate nanorørstrenge at komme i kontakt med hinanden og klikke sammen for at danne et enkelt forbindende brospænd.

For at lære mere om, hvordan denne proces foregår, forskerne brugte mikroskoper til at se nanorørene linke til deres molekylære vartegn, som blev mærket med forskellige farvede fluorescerende farvestoffer og fastgjort til gennemsigtigt glas. Holdets videoudstyr fangede også dannelsen af ​​nanorørspænder, da de to brosegmenter blev forlænget og til sidst forbundet. Færdiggørelsen af ​​nanobroen i det medfølgende eksempel tog omkring seks timer, men holdets videoer blev fremskyndet betydeligt for at muliggøre en hurtigere gennemgang. Afhængigt af hvor langt fra hinanden de molekylære ankerpæle var placeret, forbindelsesprocessen tog alt fra flere timer til to dage.

Evnen til at samle disse broer, siger forskerne, foreslår en ny måde at bygge medicinsk udstyr, der bruger ledninger, kanaler eller andre enheder, der kunne "tilslutte" molekyler på en celles overflade. Sådanne teknologier kunne bruges til at forstå nervecellekommunikation eller til at levere terapi med hidtil uset præcision. Molekylær brobygning, sagde forskerne, er også et skridt i retning af at bygge netværksenheder og "byer" på nanoskala, gør det muligt for nye komponenter på en maskine eller fabrik at kommunikere med hinanden.