Изследователи са разработили строителни „наноблокове“ на базата на ДНК, които могат да се самосглобяват и да образуват сложни структури като наноконтейнери и малки обекти с размер от нанометри. Методът разчита по-специално на естествената способност на ДНК да се сгъва, което позволява създаването на гъвкави и персонализирани наноструктури. Това би могло да открие пътя към различни приложения, особено в биотехнологиите и електрониката. ДНК е отличен материал за самосглобяване на наноструктури поради наличието на специфични места за свързване, както и поради лесния синтез и химическа модификация. Един от най-обещаващите подходи е „ДНК оригами“, основан на естествената способност на нишките да се сгъват. Дългата едноверижна ДНК се сгъва и сглобява в омрежени наноструктури, като по-късите нишки се използват като скоби за образуване на двойно-спирална ДНК. Практическите приложения на ДНК оригами обаче са ограничени, тъй като дължината и сложността на наноструктурите се увеличават. Нишките, използвани за сгъване, обикновено са с дължина под 10 000 нуклеотида. Проучванията показват, че сглобяването на оригами от ДНК субединици може да бъде ключът към преодоляването на това ограничение. При този подход обаче се получават ниски добиви на двумерни наноструктури, а на тримерните им липсва стабилност. От друга страна, съществуващите подходи обикновено разчитат на фиксирани връзки между субединиците, за да постигнат високо ниво на стабилност. Преконфигурирането на наноструктурите обаче изисква високо ниво на гъвкавост и лесно препрограмируеми модули. За да преодолее тези предизвикателства, екип от NanoInstitute към Университета в Сидни, Австралия, предлага модулни ДНК „воксели“ с вътрешни и външни връзки, които могат да се превключват между неактивни, твърди и гъвкави състояния. Вокселите са триизмерни, за разлика от пикселите, които са двуизмерни. Това позволява създаването на гъвкави ДНК оригами, които могат да се самосглобяват в сложни триизмерни структури. Тази гъвкавост позволява създаването на високопрограмируеми наноструктури, пригодени да изпълняват специфични функции. Според Шели Уикъм (Shelley Wickham) от Университета в Сидни, съавтор на изследването: „Получените резултати малко приличат на тези, получени с детската инженерна играчка Meccano. Но вместо да използваме метал или струни в макроскопичен мащаб, ние използваме биология в нанометричен мащаб, за да създадем роботи с огромен потенциал.“
Самосглобяващи се блокове с помощта на молекулярно велкро Първият етап от подхода, описан в списание Science Robotics, включва създаването на воксели от ДНК, изолирана от бактериофагов вирус. ДНК е сгъната на цилиндри, образуващи отделни градивни блокове. За да се образуват по-големи структури, вокселите се сглобяват самостоятелно с помощта на по-къси синтетични нишки, които действат като програмируеми места за свързване на предварително определени места. Изследователите синтезират 300 от тези по-къси нишки, всяка от които има уникална последователност, така че да може да се свързва специфично със съответните части. „Тези места действат като велкро от различни цветове, предназначено да свързва само нишки със съответните цветове (по същество комплементарни ДНК последователности)“, обяснява водещият автор на изследването Минх Три Луу.
Този подход позволява прецизен контрол върху начина на свързване на вокселите, което дава възможност за създаване на персонализирани наноструктури. За да проверят ефективността и точността на своята техника, изследователите създават повече от 50 структури с нанометричен мащаб, включително дракон, динозавър и малка карта на Австралия с ширина само 150 нанометра. Сложността на тези структури изисква компактни и гъвкави части, които не могат да бъдат сглобени на случаен принцип. „Нашата работа илюстрира обещаващия потенциал на ДНК оригами за създаване на гъвкави и програмируеми наноструктури“, казва Луу.Потенциални приложения в наномедицината и електрониката Технологията може да се използва за създаване на наноконтейнери, способни да доставят целенасочено лекарства. По-конкретно, те могат да бъдат проектирани така, че да реагират на специфични биологични сигнали (температура, pH, нива на хормоните и др.), така че лекарството да се доставя само веднъж в целевата област. Този подход би могъл да подобри ефикасността на лечението, като същевременно сведе до минимум страничните ефекти. Автономните нанороботи, предназначени за откриване и унищожаване на ракови клетки, също биха могли да намерят интересни приложения. В момента изследователите проучват възможността за създаване на нови воксели, които могат да променят свойствата си в отговор на стимули от околната среда.
„Тази работа ни позволява да си представим свят, в който нанороботите могат да изпълняват широк спектър от задачи - от лечение на човешкото тяло до създаване на футуристични електронни устройства“, обяснява Уикъм. Екипът проучва и енергийно ефективни методи за обработка на оптични сигнали. Като използва свойствата на ДНК оригами, този подход може да подобри скоростта и точността на обработката на оптични сигнали, проправяйки пътя за нови технологии за изобразяване и откриване.
Comments