Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • РОИ

Инженеры создали подвижные нанопленки на основе ДНК

Софья Долотовская, N+1

Инженеры из Песильванского университета создали подвижные нанопленки, работающие на основе специфической гибридизации молекул ДНК. Управлять их движением можно, добавляя к ним цепочки ДНК, комплементарные ДНК, входящей в состав пленки. Статья опубликована в журнале Nature Nanotechnology (Shim et al., Shape changing thin films powered by DNA hybridization).

NanoMuscle3.jpg
Здесь и ниже рисунки из пресс-релиза University of Pennsylvania
Penn Engineers and Chemists Make Nanoscale ‘Muscles’ Powered by DNA – ВМ

Молекула ДНК состоит из двух цепей, на каждой из которых находятся азотистые основания четырех типов: тимин, аденин, цитозин и гуанин. Азотистые основания обеспечивают связь между цепями, которая осуществляется по принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином, а гуанин – с цитозином. Такое специфическое связывание (специфическая гибридизация) цепочек ДНК может использоваться для создания механизмов, меняющих форму в ответ на воздействие молекул ДНК и приводящих в движение различные микроскопические устройства.

Авторы статьи продемонстрировали работу этого принципа на примере созданных ими тонких пленок, которые состоят из золотых наночастиц, соединенных друг с другом мостиками из одноцепочечных молекул ДНК. Эти пленки состоят из нескольких слоев, каждый из которых образован мостиками ДНК с разными последовательностями. При добавлении ДНК, комплементарной каким-либо из этих последовательностей, в содержащий пленку раствор она меняет форму: сгибается, сворачивается или даже переворачивается. Это происходит за счет специфической гибридизации молекул ДНК, встроенных в пленку, с молекулами ДНК, добавленными в раствор. Двухцепочечная ДНК всегда длиннее одноцепочечной молекулы с тем же числом оснований, поскольку двухцепочечная ДНК более жесткая, а одноцепочечная – более гибкая. И хотя при растягивании одноцепочечная молекула ДНК будет длиннее двухцепочечной, в растворе она спутывается и становится короче. В результате при образовании двухцепочечной ДНК мостик в пленке удлиняется, а материал пленки расширяется. При этом нужно отметить, что такое свойство ДНК можно использовать только для расширения материала пленки, но не для его сжатия.

NanoMuscle1.jpg

Движения пленки и ее частей можно контролировать, добавляя к ней молекулы ДНК с различными последовательностями, комплементарными различным участкам пленки. Например, если добавить молекулы ДНК, комплементарные одному слою пленки, то пленка свернется в «рулон». Авторы предусмотрели также способ вернуть такой свернутой пленке исходную форму. Для этого они оставили у молекул ДНК, которые при добавлении в раствор приводят к сворачиванию пленки, «хвостики», некомплементарные ДНК-мостиками внутри пленки. При добавлении к свернутой пленке молекул ДНК, комплементарных этим «хвостикам», формируются новые двухцепочечные молекулы, которые разрушают старые связи. Комплементарные мостикам молекулы ДНК отрываются, мостик снова становится коротким, и пленка возвращается к исходной форме.

NanoMuscle2.jpg

По словам авторов, уникальность таких пленок заключается в их высокой специфичности. В отличие от устройств, реагирующих на изменения температуры или кислотности, пленки реагируют только на определенные последовательности ДНК, комплементарные входящим в их состав мостикам, и игнорируют все другие молекулы ДНК. В будущем такие пленки можно будет использовать, например, во внутриклеточных диагностических устройствах, которые будут сообщать об изменениях экспрессии генов.

Принцип комплементарности ДНК лежит также в основе ДНК-оригами – техники, позволяющей создавать из длинных молекул ДНК нанообъекты с запрограммированными свойствами: формой и расположением функциональных участков. Эта техника использовалась, например, для преодоления лекарственной устойчивости рака крови, создания молекулярных «клиньев», способных сближать и удалять молекулы на заданное расстояние с точностью до 0,4 ангстрем, и разработки нанороботов, которые позволяют управлять доставкой лекарств силой мысли.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
 22.11.2016


Читать статьи по темам:

нанотехнологии биомолекулы золотые наночастицы Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Вечный спирт :)

Физики из США создали «наноиглы» из графена и меди, которые используют энергию электрического тока для превращения углекислого газа в молекулы этанола.

читать

Пептидные нанотрубки по шаблону

Молекулы определенного класса пептидов в водном растворе самостоятельно формируют прозрачные нанотрубки диаметром и длиной ровно по 100 нанометров.

читать

Наноробот, который гуляет сам по себе

Ранее такие молекулы могли ходить только в заданном направлении по прямой или в плоскости. Новый «ходок» способен пройти 36 шагов по неоднородной поверхности, самостоятельно принимая решение, куда переставить «ногу».

читать

Белки стали компонентами «сухих» электрических схем

Для создания белково-графитных электрических схем ученым пришлось изобретать не только метод синтеза фотогальванических белков, способных функционировать на воздухе, но и технологию измерения их электрических свойств.

читать

Обручальное кольцо – не простое украшенье. А ДНК-нанотехнологическое :)

Новобрачная по достоинству оценила обручальные кольца из ДНК диаметром 18 нанометров: жених и невеста работали в одной лаборатории.

читать