211service.com
Stavební bloky DNA
Po celá léta někteří výzkumníci navrhovali, že DNA by mohla být použita k vytvoření složitých samoskládajících se struktur a dokonce i strojů v nanoměřítku. Ve skutečnosti již byly vytvořeny jednoduché tvary, jako jsou krychle, a jednoduchá zařízení, jako jsou pinzety, vyrobené z DNA. Skeptici si ale kladou otázku, zda má DNA stabilitu potřebnou pro sofistikovanější zařízení.
Nyní vědci z Oxfordské univerzity vyvinuli pevné stavební bloky z DNA, které lze navrhnout tak, aby se samy skládaly do složitějších struktur. Tyto bloky, které mají tvar pyramid, již prokázaly svou užitečnost tím, že podle vědců umožnily první měření velikosti síly, kterou může DNA unést, aniž by došlo k vybočení.
Andrew Turberfield, profesor fyziky na Oxfordu, a výzkumník zapojený do práce, říká, že je to jeden z mála příkladů použití nanostruktury DNA, která vám umožní skutečně dělat něco, co jste dříve dělat nemohli. Nejen, že krásně vypadá, je to skutečně užitečné.
Nová měření ukazují, že DNA je relativně pevný materiál, říká Chris Dwyer, profesor elektrotechniky a počítačového inženýrství na Duke University, který se také zabývá samoskládáním DNA. To potvrzuje argument, že budeme moci použít samosestavení DNA pro složitější struktury.
DNA je atraktivní materiál pro samostatně sestavená zařízení, protože její sekvence bází, které v těle slouží jako genetický kód, lze naprogramovat. Vyladěním tohoto kódu jsou vědci schopni nasměrovat, jak se budou vlákna kombinovat, když jsou přidána do řešení.
Při práci v Oxfordu sloužily čtyři řetězce DNA jako základ pro pyramidy. Každý pramen tvoří jeden trojúhelníkový obličej. Hrany těchto trojúhelníků mají otevřené sekvence dílků puzzle, které se vážou k jiné hraně trojúhelníku. Když se tyto hrany setkají, trojúhelníky se složí do tvaru pyramidy. Pouhým smícháním správného počtu různých vláken dohromady vědci postavili biliony pyramid – a to během několika sekund.
Tyto jednoduché struktury se mohou ukázat jako užitečné jako nádoby, možná pro dodávání léčiva do těla. Ale jsou to také tuhé struktury, které by mohly být výchozím bodem pro mnoho dalších, složitějších struktur. Aby se tyto stavební bloky sestavily do složitějších struktur, obrátili se oxfordští vědci opět na DNA. Začlenili volná vlákna do struktur se sekvencemi navrženými tak, aby se spojily s volnými vlákny v sousedních pyramidách.
Doposud tuto techniku používali pouze k vytvoření párů pyramid. Ale říkají, že by mělo být možné spojit mnohem více dohromady. Změnou použitých sekvencí a umístění v pyramidách, jako jsou okraje nebo body, vědci říkají, že jejich pyramidy by se mohly samy sestavit do různých tvarů. Doufají, že DNA může snadno sloužit jako lešení pro uspořádání dalších materiálů.
Je to skvělý způsob, jak vytvořit architekturu s v podstatě atomovou přesností, říká Turberfield, ale k vytvoření nějakého užitečného molekulárního zařízení budete téměř jistě chtít propojit další věci, například molekulární elektronické komponenty, s lešením, jako je např. tím vytvoříte kompletní zařízení. Takové součásti by mohly zahrnovat nanodráty, které by mohly vést k trojrozměrným obvodům, možná pro husté a výkonné počítače. Mohou také obsahovat biologické molekuly pro snímání nebo fluoreskující chemikálie pro zobrazovací aplikace.
Největší výhodou těchto pyramid může být ve skutečnosti jejich počáteční nedostatek složitosti. Patrick Doyle, profesor chemického inženýrství MIT, který studuje dynamiku DNA, říká, že design je spíše elegantní.
V minulosti byly trojrozměrné struktury DNA stavěny pečlivou řadou kroků a nakonec vytvořily jen několik kopií. Tyto pyramidy, které se tvoří pomocí zahřívání a poté ochlazením řetězců DNA, se však sestavují pouze jedním krokem a poskytují mnohem vyšší výtěžky.
Jednou z předností této struktury je extrémní jednoduchost a velmi vysoký výtěžek a rychlost syntézy, říká Turberfield. Pokud chcete ze stavebního bloku vyrobit spoustu dalších věcí, nechcete se lopotit se stavbou stavebního bloku – chcete, aby to bylo snadné. Poté můžete přejít k těžším věcem tím, že je propojíte později.