Ученые из Калифорнийского технологического института, США, разработали технологию, позволяющую получать различные сложные двумерные структуры из молекул ДНК. Полученные структуры исследователи назвали ДНК-оригами, т.к. им удалось создать не только известный символ смайл :), но и двумерную развертку полушария Земли с картой США и Южной Америки.

Самой необычной демонстрацией технологии ДНК-оригами стало создание плоского смайлика, полностью состоящего из молекул ДНК. «Метод составления из отрезков ДНК двумерных систем очень прост. Теперь ученые смогут создавать любые двумерные наносистемы на основе ДНК, не затрачивая при этом много времени, – говорит Пол Ротермунд из Калифорнийского института. – Физик, например, может добавить к полученной наносистеме квантовые точки, получив простой квантовый-ДНК компьютер. Биолог может использовать оригами в качестве платформы по созданию матрицы белков и энзимов, и т.д.»

Смайлик под атомно-силовым микроскопом

Каждая из двумерных оригами состоит из длинных вирусных цепочек ДНК длиной в 7000 нуклеотидов. Специальная технология позволила цепочкам ДНК складываться и принимать форму той двумерной структуры, которую хотели получить ученые. Отсюда и название технологии – «оригами», т.к. молекулу ДНК складывают нужное количество раз, прежде чем получат готовую наноструктуру. Поперечное сечение смайликов, звезд, квадратов и других наносистем постоянно – оно составляет 100 нанометров, это максимальная длина цепочки ДНК, использованной учеными.

Технология создания нано-оригами довольно проста. «Мы просто смешиваем вместе все ингредиенты в соленой воде, нагреваем почти до 90° С и затем час охлаждаем, и они сами упорядочиваются согласно шаблону. Нам не нужно проверять каждый этап производства наносистемы, как это делалось раньше, – говорит Ротермунд. – Еще одно преимущество новой технологии состоит в том, что можно производить синтез нескольких наносистем одновременно».

Принцип создания таких, на первый взгляд, сложных наносистем прост – Пол вначале выбирает форму будущего ДНК-оригами, затем разбивает ее на ключевые участки и соединяет короткие цепи ДНК длиной в несколько нуклеотидов с подложкой в месте ключевого участка. Таким образом образуется что-то типа стапеля, на который затем точно по ключевым точкам целиком укладывается длинная цепочка молекулы ДНК.

Благодаря такому подходу необходимо сделать только шаблон со стапелями, а все остальное добавить в раствор, и ДНК самоорганизуются, приклеиваясь комплементарными основаниями к стапелям.

Для синтеза более сложных, двухуровневых наносистем (карта обеих Америк) сперва из ДНК составляли основу, а затем на ее поверхности формировали пиксели диаметром 6 нанометров, которые играли роль стапелей второго уровня, присоединяя новые цепи ДНК к уже готовому двумерному ДНК-рельефу.

Карта Америк – двухуровневая ДНК-наносистема

В будущем Ротермунд и его коллеги планируют развить технологию изготовления подобных ДНК-наносистем до получения трехмерных структур. Это возможно только при послойном нанесении цепей таким образом, как это было в случае с синтезом карты.

«Еще одно преимущество предложенной нами технологии в ее дешевизне. Для синтеза наноструктур не требуется сложного и дорогостоящего оборудования. Я считаю, что ДНК-наносистемы очень помогут нанотехнологам для построения наноэлектронных систем и биочипов», – заключает Ротермунд.

Автор перевода – Свидиненко Юрий