«DNA origami»: Μια δελεαστική τεχνική για το σχεδιασμό αντικειμένων σε νανοκλίμακα

Χρησιμοποιώντας μόρια DNA ως κλωστή, αμερικανοί ερευνητές σχεδιάζουν και δημιουργούν 3D αντικείμενα που λυγίζουν και διπλώνονται με ακρίβεια νανομέτρων.

Μικροσκοπικά τρισδιάστατα στρογγυλεμένα αντικείμενα, νανοδομές η μια κρυμμένη μέσα στην άλλη, σαν μια Ρωσική κούκλα, όχι μεγαλύτερες από έναν ιό, κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας ένα νέο λογισμικό. Οι ερευνητές με αυτό το πρόγραμμα που ονομάζεται DNAxiS, λαμβάνουν σχέδια ή ψηφιακά μοντέλα στρογγυλεμένων σχημάτων και τα μετατρέπουν σε τρισδιάστατες δομές από DNA

Το DNA origami είναι μια δελεαστική τεχνική για το σχεδιασμό σε νανοκλίμακα λόγω των απλών και συνεπών αρχών σχεδιασμού της, μέσω της οποίας μπορούν να παραχθούν αυτοσυναρμολογούμενα, χωρικά οργανωμένα νανοϋλικά για τη μελέτη φαινομένων σε νανοκλίμακα.

Κάθε μικροσκοπικό κοίλο αντικείμενο δεν έχει διάμετρο περισσότερο από δύο εκατομμυριοστά της ίντσας και περισσότερα από 50.000 από αυτά θα μπορούσαν να χωρέσουν στο κεφάλι μιας καρφίτσας.

«Αυτά τα αντικείμενα είναι κάτι περισσότερο από απλά νανογλυπτά. Το λογισμικό θα μπορούσε να μας επιτρέψει να δημιουργήσουμε μικροσκοπικά δοχεία για να παραδίδουμε φάρμακα ή καλούπια για τη χύτευση μεταλλικών νανοσωματιδίων με συγκεκριμένα σχήματα, για ηλιακά κύτταρα, ιατρική απεικόνιση και άλλες εφαρμογές», λένε οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Duke και το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα που τα δημιούργησαν.

Για τους περισσότερους ανθρώπους, το DNA είναι το σχέδιο της ζωής, αλλά για τους εν λόγω ερευνητές είναι κάτι περισσότερο από φορέας γενετικών πληροφοριών, είναι ο πηγαίος κώδικας και το υλικό κατασκευής.

Οι ερευνητές πειραματίζονται με το DNA ως δομικό υλικό από τη δεκαετία του 1980. Τα πρώτα τρισδιάστατα σχήματα ήταν απλοί κύβοι, πυραμίδες, μπάλες ποδοσφαίρου, γεωμετρικά σχήματα με χοντρές και μπλοκ επιφάνειες. Αλλά ο σχεδιασμός δομών με καμπύλες επιφάνειες παρόμοιες με αυτές που υπάρχουν στη φύση ήταν δύσκολος. Στόχος της ομάδας είναι να αυξήσει την ποικιλία των σχημάτων που μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνική.

Για αυτό και οι επιστήμονες ανέπτυξαν το λογισμικό, το οποίο διευκολύνει τον σχεδιασμό κυρτών, κλειστών νανοδομών origami DNA με αξονικά συμμετρική γεωμετρία. Οι επιστήμονες κατέστησαν επίσης δυνατή την ενίσχυση των δομών με επιπλέον στρώματα για μεγαλύτερη σταθερότητα.

Ωστόσο, οι πρακτικές εφαρμογές αυτού του λογισμικού σχεδιασμού DNA στο εργαστήριο ή την κλινική μπορεί να απέχουν ακόμη χρόνια. Αλλά είναι ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός στον αυτοματοποιημένο σχεδιασμό νέων τρισδιάστατων δομών.

Πηγή: Duke University