Новые структуры из ДНК: прорыв в нанотехнологиях

Исследователи из Университета штата Аризона разработали новый набор правил для метода ДНК-оригами, позволивший создавать сложные наноструктуры с беспрецедентным контролем над дизайном.

Суть метода

Метод основан на способности нуклеотидов ДНК к комплементарному спариванию (A с T, C с G). Используя длинную одноцепочечную ДНК в качестве каркаса и более короткие "скрепляющие" цепи, можно заставить молекулу самоорганизовываться в заданные 2D и 3D формы.

Ключевое новшество

Новый подход преодолевает ограничения локальной симметрии, позволяя создавать произвольные каркасные (wireframe) архитектуры. Теперь можно индивидуально проектировать каждый сегмент линии и вершину:

• Количество "лучей" в вершине можно варьировать от 2 до 10.
• Углы между соседними лучами можно точно модифицировать.
• Стало возможным контролировать ветвление и кривизну.

Созданные структуры

Используя новые правила, ученые собрали разнообразные наноформы:

• 2D-структуры: симметричные решетчатые массивы, квазикристаллические структуры (включая 5- и 8-кратные узоры), криволинейные массивы, сложный узор из птиц и цветов.
• 3D-объекты: курносый куб (snub cube) с 60 ребрами и 24 вершинами, а также переконфигурируемый архимедов многогранник, способный обратимо переходить между 3D и 2D состояниями.

Точность сборки была подтверждена с помощью атомно-силовой микроскопии (AFM).

Значение и перспективы

Эта работа, опубликованная в Nature Nanotechnology, знаменует значительный прогресс в области. Новые принципы проектирования позволяют создавать любые мыслимые каркасные наноструктуры, открывая путь для приложений в:

• Молекулярных клетках для доставки лекарств.
• Химических и биологических сенсорах.
• Молекулярных вычислениях.
• Нанороботах для "охоты" на раковые клетки или сборки новых препаратов.