os últimos 20 anos, os cientistas tentaram projetar grandes cristais de DNA com profundidade e complexas características precisamente prescritos – uma busca design apenas cumprido pelos cientistas. A equipe construiu 32 cristais de DNA com profundidade precisamente definidas e uma variedade de características tridimensionais sofisticados.

imagesDNA tem atraído a atenção para o seu potencial como uma plataforma de material programável que pode gerar todo nanodispositivos novas e revolucionárias em ciência da computação, microscopia, biologia, e muito mais. Pesquisadores têm trabalhado para dominar a habilidade de persuadir as moléculas de DNA para a auto montar nas formas precisas e tamanhos necessários, a fim de realizar plenamente esses sonhos nanotecnologia.

Nos últimos 20 anos, os cientistas tentaram projetar grandes cristais de DNA com profundidade precisamente prescrito e características complexas – uma busca design apenas cumprido por uma equipe do Instituto Wyss de Harvard para Engenharia Biologicamente Inspirada. A equipe construiu 32 cristais de DNA com profundidade precisamente definidas e uma variedade de recursos sofisticados tridimensionais (3D), um avanço relatou na revista Nature Chemistry.

A equipe usou o seu método “DNA de tijolos auto-montagem”, que foi apresentado pela primeira vez em uma publicação científica de 2012, quando eles criaram mais de 100 3D nanoestruturas complexas sobre o tamanho do vírus. As estruturas cristalinas periódicas-alcançados recentemente mais de 1000 vezes maior do que aquelas estruturas de tijolo DNA distintos, avaliando mais perto de uma partícula de poeira, que é realmente muito grande no mundo da nanotecnologia de DNA.

“Estamos muito satisfeitos que a nossa abordagem tijolo DNA tem resolvido este desafio”, disse o autor sênior e membro Wyss Institute Núcleo Faculdade Peng Yin, Ph.D., que também é professor adjunto da Biologia de Sistemas na Harvard Medical School, “e nós foram realmente surpreso com o quão bem ele funciona. “

Os cientistas têm se esforçado para cristalizar nanoestruturas de DNA 3D complexos usando mais métodos de auto-montagem convencionais. O risco de erro tende a aumentar com a complexidade das unidades repetitivas estruturais e o tamanho do cristal de DNA a ser montado.

O método tijolo DNA utiliza cadeias curtas, sintéticas de DNA que funcionam como tijolos LEGO ® bloqueio para construir estruturas complexas. Estruturas são primeiramente projetados usando um modelo de computador de um cubo molecular, que se torna uma tela mestre. Cada tijolo é adicionado ou removido de forma independente a partir da tela mestra 3D para chegar à forma desejada – e, em seguida, o cartão é colocado em acção: os filamentos de DNA que correspondem a até atingir a estrutura desejada são misturados em conjunto e auto reunir-se para atingir o estruturas cristalinas projetados.

“É aí que reside a característica fundamental da nossa estratégia de design – sua modularidade”, disse o co-autor principal Yonggang Ke, Ph.D., ex-Instituto Wyss pós-doutorado e professor assistente no Instituto de Tecnologia da Geórgia e da Universidade de Emory . “A capacidade de simplesmente adicionar ou remover partes da tela mestre torna fácil para criar praticamente qualquer projeto.”

A modularidade também torna relativamente fácil de definir com precisão a profundidade de cristal. “Esta é a primeira vez que alguém demonstrou a capacidade de projetar racionalmente profundidade de cristal com precisão nanométrica, até 80 nm neste estudo”, disse Ke. Em contraste, reticulados ADN bidimensionais anteriores são tipicamente estruturas de camada única com profundidade de apenas 2 nm.

“Cristais de DNA são atraentes para aplicações de nanotecnologia, porque eles são compostos de unidades estruturais repetidas que fornecem um modelo ideal para características de design escalável”, disse o co-lead estudante autor Luvena Ong.

Além disso, como parte do estudo a equipe demonstrou a capacidade de posicionar as nanopartículas de ouro em arquiteturas 2D prescritos menos de dois nanômetros de distância um do outro ao longo da estrutura de cristal – um recurso fundamental para dispositivos quânticos futuros e um avanço técnico significativo para a sua produção escalável , disse o co-autor principal Wei Sun, Ph.D., Instituto Wyss Pós-Doutorado.

“Meus noções preconcebidas sobre as limitações de DNA têm sido constantemente abalada por nossos novos avanços na nanotecnologia de DNA”, disse William Shih, Ph.D., que é co-autor do estudo e membro do núcleo Faculdade Instituto Wyss fundador, bem como Professor Associado do Departamento de Química Biológica e Farmacologia Molecular da Escola Médica de Harvard e do Departamento de Biologia do Câncer no Instituto do Câncer Dana-Farber. “Nanotecnologia DNA agora torna possível para nós para montar, de forma programável, estruturas prescritas rivalizando com a complexidade de muitas máquinas moleculares que vemos na natureza.”

“A equipe de Peng está usando o método de DNA de tijolos auto-montagem para construir as bases para o novo cenário da nanotecnologia de DNA a um ritmo impressionante”, disse Wyss Institute diretor fundador Don Ingber, MD, Ph.D. “Quais foram meras visões de como a molécula de DNA pode ser usado para avançar de tudo, desde a indústria de semicondutores para biofísica estão rapidamente se tornando realidade.”


Fonte da história:

A história acima é baseada em materiais fornecidos pelo Instituto Wyss para Engenharia Biologicamente Inspirada em Harvard . Nota: Os materiais pode ser editado para conteúdo e duração.

 

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