Forskere udvikler DNA-mikrokapsler med indbyggede ionkanaler

En forskningsgruppe ledet af Tokyo Tech rapporterer om en måde at konstruere DNA-baserede mikrokapsler på, som holder meget lovende for udviklingen af ​​nye funktionelle materialer og enheder (figur 1). De viste, at bittesmå porer på overfladen af ​​disse kapsler kan fungere som ionkanaler. Deres undersøgelse vil fremskynde fremskridt inden for kunstig celleteknik og molekylær robotik, samt selve nanoteknologien.

DNA-baseret, selvmonterede nanostrukturer er lovende byggesten til nye former for mikro- og nanoenheder til biomedicinske og miljømæssige applikationer. Meget forskning er i øjeblikket fokuseret på at tilføje funktionalitet til sådanne strukturer for at udvide deres alsidighed.

For eksempel, konstruerede kapsler kaldet liposomer, der har en lipid-dobbeltlagsmembran, bliver allerede med succes brugt som sensorer, diagnostiske værktøjer og lægemiddelleveringssystemer. En anden gruppe af kapsler, der ikke har et lipid-dobbeltlag, men i stedet er sammensat af kolloid partikelmembran, kendt som Pickering emulsion eller kolloidosomer, har også potentiale for mange bioteknologisk nyttige anvendelser.

Nu, en forskergruppe ledet af biofysiker Masahiro Takinoue fra Tokyo Institute of Technology rapporterer om en ny type Pickering-emulsion med den ekstra funktionalitet af ionkanaler - en præstation, der åbner nye veje til at designe kunstige celler og molekylære robotter.

"For første gang, vi har demonstreret ionkanalfunktion ved hjælp af porerede DNA-nanostrukturer uden tilstedeværelsen af ​​en lipid-dobbeltlagsmembran, " siger Takinoue.

Holdets design udnytter de selvsamlende egenskaber af DNA origami nanoplader. De resulterende Pickering-emulsioner stabiliseres af nanopladernes amfifile natur. (Se figur 2.)

En af de mest spændende implikationer af undersøgelsen, Takinoue forklarer, er, at det vil være muligt at udvikle stimuli-responsive systemer - dem, der er baseret på konceptet om åben-lukke-skift. Sådanne systemer kunne i sidste ende bruges til at udvikle kunstige neurale netværk, der efterligner den måde, den menneskelige hjerne fungerer på.

"Ud over, en stimuli-responsiv formændring af DNA-nanopladerne kunne tjene som en drivkraft for autonom bevægelse, som ville være nyttig til udvikling af molekylære robotter, " siger Takinoue.

Denne undersøgelse fremhæver holdets styrker ved at kombinere DNA-nanoteknologi med et perspektiv baseret på biofysik og blødt stoffysik.