Наноразмерный оригами из ДНК

Ученые из Технического университета Мюнхена (TUM) и Гарвардского университета открыли новый инструментарий для создания наноразмерных структур из ДНК со сложными изогнутыми и скрученными формами. В выпуске журнала Science от 7 августа они сообщают о серии экспериментов, в которых они складывали ДНК, подобно оригами, в трехмерные объекты, включая каркасную капсулу в форме пляжного мяча диаметром всего 50 нанометров.

Целью было выяснить, можно ли запрограммировать ДНК на самосборку в формы с заданной кривизной или скручиванием и деталями шириной всего в несколько нанометров. Эксперименты показали, что это возможно. Теперь исследователи могут создавать разнообразные трехмерные детали наномашин, такие как круглые шестеренки, изогнутые трубки или капсулы.

В качестве материала для наноинженерии ДНК обладает двумя ключевыми преимуществами: это «умный» материал (прочный, гибкий и программируемый) и он очень хорошо изучен за десятилетия исследований. Основные инструменты, которые используют ученые, — это программируемая самосборка (направление цепей ДНК на формирование пучков сшитых двойных спиралей заданной формы) и целевые вставки или удаления пар оснований, которые могут придавать таким пучкам желаемый изгиб или скручивание. Можно задавать правостороннюю или левостороннюю закрутку. Достигнут точный количественный контроль над формами с радиусом кривизны до 6 нанометров.

Разработанный инструментарий включает графическое программное обеспечение, которое помогает переводить конкретные дизайнерские идеи в программирование ДНК, необходимое для их реализации. Трехмерные формы создаются путем «настройки» количества, расположения и длины спиралей.

В статье представлено множество наноразмерных структур и подробно описано их проектирование, формирование и проверка. По словам исследователей, многие сложные макроскопические машины требуют деталей причудливой формы, и теперь есть инструменты для их создания на наноуровне из биомолекул, таких как ДНК, которые могут работать в клетках человеческого тела.

Источник: Technische Universitaet Muenchen
Публикация: "Folding DNA into Twisted and Curved Nanoscale Shapes", Science, 7 августа 2009 г.